可见光响应的苯并咪唑酮黄H3G/TiO2复合光催化剂及制备方法

摘要

本发明涉及可见光响应的苯并咪唑酮黄H3G/TiO2复合光催化剂及制备方法。催化剂可见光吸收区域为400～600nm；将有机颜料苯并咪唑酮黄H3G、TiO2、促进剂斯潘80、N，N-二甲基甲酰胺加入密闭高压釜中，加热升温，恒定温度为180-210℃。负载结束后冷却至室温，过滤得到浅黄色固体，分别用乙醇和水洗涤。将所得浅黄色固体置于真空干燥箱100-150℃干燥，之后得到苯并咪唑酮黄H3G/TiO2复合光催化材料。上述制备苯并咪唑酮黄H3G/TiO2光催化剂的方法在本发明中简称水热负载法。本发明催化剂具有很好的可见光催化活性，污染物降解速度比TiO2快。制备的催化剂化学和物理稳定性较高。催化剂在使用后，经过滤，蒸馏水洗涤，100～150℃真空干燥0.5～1小时，可以重复使用。在使用4次后光催化活性没有明显降低。

权利要求

1.一种可见光响应的苯并咪唑酮黄H3G/TiO2复合光催化剂的制备方法，其特征是将有机颜料苯并咪唑酮黄H3G、TiO2、促进剂斯潘80和N,N-二甲基甲酰胺加入密闭高压釜中，加热升温，恒定温度为180～210℃；负载时间为2～6小时；负载结束后冷却至室温，过滤得到浅黄色固体，分别用乙醇和水洗涤；将所得浅黄色固体置于真空干燥箱100～150℃干燥；得到苯并咪唑酮黄H3G/TiO2复合催化剂；原料的质量份数配比为：苯并咪唑酮黄H3G与TiO2配比为0.05～0.2：1；促进剂斯潘80与TiO2的配比为0.003～0.02：1；N,N-二甲基甲酰胺与TiO2的配比为6～12：1；苯并咪唑酮黄H3G/TiO2复合光催化剂，可见光吸收区域为400～600nm；TiO2为锐钛矿晶型。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是对苯并咪唑酮黄H3G进行预处理，将苯并咪唑酮黄H3G溶解于N,N-二甲基甲酰胺，再加入苯并咪唑酮黄H3G质量5%的斯潘80，加热到

140℃搅拌分散，趁热过滤掉不溶杂质，冷却至20℃，析出固体，过滤，乙醇洗涤干燥，得到处理后的苯并咪唑酮黄H3G。

说明书

可见光响应的苯并咪唑酮黄H3G/TiO2复合光催化剂及制备

方法

技术领域

[0001] 本发明技术属于光催化材料制备领域，特别提出了一种对可见光有响应的有机颜料/TiO2复合光催化剂的制备方法，即苯并咪唑酮黄H3G/TiO2复合光催化剂及制备方法。 背景技术

[0002] 近年来，以纳米TiO2为催化剂的多相光催化技术在治理环境领域的有机物污染问题方面日益受到人们的重视。纳米TiO2光催化氧化降解有机物的效率高，在常温常压下就可以进行，且能耗低，反应条件温和，反应速度快，降解一般没有选择性，反应最终产物为CO2、H2O和无害盐类，不会造成二次污染，是清洁的环境净化工艺。因此，纳米TiO2光催化剂在环境治理方面具有较好的发展前景。但是，TiO2的禁带宽度为3.2eV，对应的激发波长在387nm，属于紫外光区。而紫外光在太阳能中不足5％，从利用太阳能的角度出发，最经济的光催化剂应该是能利用太阳光中的可见光部分。因此缩小催化剂的禁带宽度使吸收光谱向可见光扩展是提高太阳能利用率的关键，成为目前TiO2光催化的热点问题。 [0003] 目前，TiO2的可见光化研究取得了一定进展，采用掺杂过渡金属、表面光敏化、表面螯合及衍生、贵金属沉积、复合半导体和添加电子捕获剂等方法对TiO2光催化剂进行改性，都不同程度地实现了TiO2可见光催化，提高了太阳光的利用率。染料敏化可以有效地拓宽TiO2的吸收光谱，主要的机理为染料被激发后将电子迅速转移到TiO2导带上，TiO2则作为收集和传导电子的载体。染料由于其本身具有溶于水的特性，所以敏化催化剂的稳定性和重复使用性能受到限制。因此，寻找稳定且不溶于水和常见有机溶剂的光敏剂具有重要的现实意义。颜料与染料一样具有可见光吸收特性，另外颜料常常是不溶于水和常见的有机溶剂，而且，某些高档有机颜料耐光性能很好，常用于户外的建筑涂料或汽车涂料中，所以利用一些特定的有机颜料敏化制备可见光催化材料具有潜在的应用价值。 [0004] 有机颜料苯并咪唑酮黄H3G(国际索引号为C.I.Pigment Yellow 154)具有优异的耐光牢度与耐气候牢度、良好的耐溶剂性与耐热稳定性，主要应用于金属装饰漆及汽车涂料，亦可用于软质及硬质PVC塑料等户外产品着色。

[0005] 本发明利用化学吸附的方法将苯并咪唑酮黄H3G吸附到TiO2表面，制备了具有很好的化学和物理稳定性能的可见光响应的催化材料(苯并咪唑酮黄H3G/TiO2)。以下有时简称为BYH3G/TiO2。

发明内容

[0006] 为提高TiO2光催化剂的可见光吸收性能和使用寿命，制备具有良好化学、物理和光稳定性能的可见光响应的光催化材料。

[0007] 本发明的一种苯并咪唑酮黄H3G/TiO2复合光催化剂，可见光吸收区域为400～600nm；苯并咪唑酮黄H3G与TiO2复合配比质量分数为为0.05～0.2∶1；TiO2为锐钛矿晶型。

[0008] 一种通过水热合成法负载制备苯并咪唑酮黄H3G/TiO2可见光响应复合光催化材料的方法。基本操作过程为：将有机颜料苯并咪唑酮黄H3G、TiO2、促进剂斯潘80、N，N-二甲基甲酰胺加入密闭高压釜中，加热升温，恒定温度为180-210℃。负载结束后冷却至室温，过滤得到浅黄色固体，分别用乙醇和水洗涤。将所得浅黄色固体置于真空干燥箱100-150℃干燥，之后得到苯并咪唑酮黄H3G/TiO2复合光催化材料。上述制备苯并咪唑酮黄H3G/TiO2光催化剂的方法在本发明中简称水热负载法。

[0009] 原料的质量份数配比为：

[0010] 苯并咪唑酮黄H3G与TiO2配比为0.05～0.2∶1

[0011] 促进剂斯潘80与TiO2的配比为0.003～0.02∶1

[0012] N，N-二甲基甲酰胺与TiO2的配比为6～12∶1

[0013] 水热负载温度为180～210℃；

[0014] 水热负载时间为2～6小时。

[0015] 在水热负载之前，对苯并咪唑酮黄H3G进行预处理：将苯并咪唑酮黄H3G溶解于N，N-二甲基甲酰胺，再加入苯并咪唑酮黄H3G质量5％的斯潘80，加热到140℃搅拌分散，趁热过滤掉不溶杂质，冷却至20℃，析出固体，过滤，乙醇洗涤干燥，得到处理后的苯并咪唑酮黄H3G。

[0016] 本发明中TiO2为纳米级的颗粒，粒径在10～200nm均可。

[0017] 促进剂斯潘80为一种商业表面活性剂，添加的目的是促进苯并咪唑酮黄H3G和TiO2的分散以及增加苯并咪唑酮黄H3G与TiO2之间的结合力。

[0018] 本发明的优势：

[0019] 1、本发明将苯并咪唑酮黄H3G负载到TiO2表面，催化剂具有很好的可见光催化活性，污染物降解速度比TiO2快。

[0020] 2、制备的催化剂化学和物理稳定性较高。催化剂在使用后，经过滤，蒸馏水洗涤，100～150℃真空干燥0.5～1小时，可以重复使用。在使用4次后光催化活性没有明显降低。

[0021] 3、本发明的光催化材料制备采用水热负载法，操作简单，生产成本低。 附图说明

[0022] 图1本发明的复合光催化材料BYH3G/TiO2与纯TiO2的紫外-可见漫反射光谱对比图

[0023] 图2相同条件下BYH3G/TiO2与纯TiO2降解染料罗丹明B的对比效果图。 [0024] 图3本发明的复合光催化材料BYH3G/TiO2重复使用对降解染料罗丹明B、酸性铬蓝K和甲基橙效果的比较。

具体实施方式

[0025] 苯并咪唑酮黄H3G的预处理：

[0026] 将苯并咪唑酮黄H3G溶解于N，N-二甲基甲酰胺，加入苯并咪唑酮黄H3G质量5％的斯潘80，加热到100～150℃搅拌分散，趁热过滤掉不溶杂质，冷却至20～25℃，析出固体，过滤，乙醇洗涤后干燥，得到处理后的苯并咪唑酮黄H3G。用于下述制备本发明的苯并咪唑酮 黄H3G/TiO2复合光催化材料。

[0027] 实施例1

[0028] 复合光催化剂苯并咪唑酮黄H3G/TiO2的制备用常见的水热法：在玻璃容器中，在搅拌条件下先后加入N，N-二甲基甲酰胺35g、苯并咪唑酮黄H3G 0.8g、TiO2 4g、斯潘800.05g，室温搅拌30min。将此混合物加入具有聚四氟乙烯内衬的密闭高压釜中，于195℃吸附负载4h。反应结束后冷却至室温，离心过滤得到浅黄色固体，分别用乙醇和水洗涤，滤干。
将所得浅黄色固体置于真空干燥箱中，于100℃干燥0.5h后得到苯并咪唑酮黄H3G/TiO2复合光催化材料。简称为BYH3G/TiO2。

[0029] 图1为本发明的复合光催化材料BYH3G/TiO2与纯TiO2的紫外-可见漫反射光谱对比图，结果表明复合光催化材料BYH3G/TiO2在400～600nm区域(为可见光区)具有明显吸收性能。

[0030] 将该光催化剂用于可见光催化降解染料罗丹明B，对比结果见图2。可见光催化降解条件：用可见光(150W碘钨灯光源，420nm滤光片过滤掉紫外光)照射，罗丹明B水溶液-5100mL，浓度为2×10 mol/L，黑暗吸附平衡80min，再可见光照射90min后，罗丹明B降解率为93.8％；而同样降解条件下，使用TiO2对罗丹明B的降解率只有24.8％。对比结果表明：
(1)在无光催化材料存在下，可见光照射时罗丹明B基本不会发生降解；(2)复合光催化材料可见光照射下催化降解效果明显好于纯TiO2。(3)复合光催化材料暗吸附能力强。 [0031] 图3为本发明的复合光催化材料BYH3G/TiO2重复使用对降解染料罗丹明B、酸性铬蓝K和甲基橙效果的比较。结果表明本发明的催化剂可以重复使用。在使用4次后光催化活性没有明显降低。从中说明本发明的光催化材料的重复使用性能很好。 [0032] 实施例2

[0033] 苯并咪唑酮黄H3G/TiO2的制备：在玻璃容器中，在搅拌条件下先后加入N，N-二甲基甲酰胺24g、苯并咪唑酮黄H3G 0.2g、TiO2 4g、斯潘80 0.08g，室温搅拌30min。将此混合物加入具有聚四氟乙烯内衬的密闭高压釜中，于180℃吸附负载6h。反应结束后冷却至室温，离心过滤得到浅黄色固体，分别用乙醇和水洗涤，滤干。将所得浅黄色固体置于真空干燥箱中，于100℃干燥0.5h后得到苯并咪唑酮黄H3G/TiO2复合光催化材料。 [0034] 将该光催化剂用于可见光催化降解染料罗丹明B，可见光催化降解条件：用可见光(150W碘钨灯光源，420nm滤光片过滤掉紫外光)照射，罗丹明B水溶液100mL，浓度为-52×10 mol/L，黑暗吸附平衡80min，再可见光照射90min后，罗丹明B降解率为89.8％；而同样降解条件下，使用TiO2对罗丹明B降解率只有24.8％。复合光催化材料可见光照下催化降解效果明显好于纯TiO2。

[0035] 实施例3

[0036] 苯并咪唑酮黄H3G/TiO2的制备：在玻璃容器中，在搅拌条件下先后加入N，N-二甲基甲酰胺48g、苯并咪唑酮黄H3G 0.5g、TiO2 4g、斯潘80 0.012g，室温搅拌30min。将此混合物加入具有聚四氟乙烯内衬的密闭高压釜中，于210℃吸附负载2h。反应结束后冷却至室 温，离心过滤得到浅黄色固体，分别用乙醇和水洗涤，滤干。将所得浅黄色固体置于真空干燥箱中，于100℃干燥0.5h后得到苯并咪唑酮黄H3G/TiO2复合光催化材料。 [0037] 将该光催化剂用于可见光催化降解染料罗丹明B，可见光催化降解条件：用可见光(150W碘钨灯光源，420nm滤光片过滤掉紫外光)照射，罗丹明B水溶液100mL，浓度为-52×10 mol/L，黑暗吸附平衡80min，再可见光照射90min后，罗丹明B降解率为92.6％；而同样降解条件下，使用TiO2对罗丹明B降解率只有24.8％。复合光催化材料可见光照下催化降解效果明显好于纯TiO2。

[0038] 本发明并不局限于实施例中所描述的技术，它的描述是说明性的，并非限制性的。本发明的权限由权利要求所限定，基于本技术领域人员依据本发明所能够变化、重组等方法得到的与本发明相关的技术，都在本发明的保护范围之内。