硫化鉍?富勒烯雜化材料于光催化脫氮中的應用的制作方法

本發明涉及一種硫化鉍復合富勒烯材料及其利用近紅外光于催化降解氨氮中的應用。

背景技術：

利用太陽能解決環境能源問題，起源于1972年Fujishima利用TiO₂光電極電解水制氫，隨后Carey在1976年報道了利用TiO₂光催化氧化消除多氯二酚的毒性，從此，利用太陽能降解環境污染物的研究迅速成為人們研究的熱點。但是，TiO₂只能利用占太陽能4％左右的紫外光，對TiO₂進行摻雜及開發Fe₂O₃、WO₃、Bi₂WO₆等新型催化劑，雖然部分解決了對可見光的利用問題，但是占太陽能近50％的紅外光尚需開發利用。

技術實現要素：

本發明的主要目的在于提供一種硫化鉍-富勒烯雜化材料于光催化脫氮中的應用，以克服現有技術中的不足。

為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：

本發明實施例提供一種硫化鉍復合富勒烯材料于近紅外光光照條件下光催化降解氨氮中的用途。

進一步的，所述硫化鉍復合富勒烯材料包括富勒烯和1wt％～10wt％硫化鉍顆粒，所述硫化鉍分布于所述富勒烯表面和/或所述富勒烯的球狀結構內。

進一步的，所述硫化鉍復合富勒烯材料的比表面積為10-80m²/g。

進一步的，所述硫化鉍復合富勒烯材料的粒徑為1.0-20nm，相鄰硫化鉍層間距為0.54-0.84nm。

在一些實施方案中，所述氨氮包括NH₃和/或NH₄⁺，但不限于此。

在一些實施方案中，所述近紅外光的波長范圍為780-2500nm。

本發明實施例還提供一種氨氮凈化方法，其包括：將硫化鉍復合富勒烯材料加入含有氨氮的液相體系，并以近紅外光光照所述液相體系，使所述氨氮被光催化降解為N₂和H₂O。

在些實施方案中，所述硫化鉍復合富勒烯材料與氨氮的質量比為100mg:5-50mg。

進一步的，將含有氨氮的液相待測樣品與硫化鉍復合富勒烯材料混合置入避光反應器中，并在所述避光反應器的光照窗口處設置僅可使近紅外光通過的濾光片，之后以光源照射所述避光反應器，使其中的氨氮被光催化降解為N₂和H₂O。

與現有技術相比，本發明的優點包括：本發明的硫化鉍復合富勒烯材料催化降解氨氮的方法，利用近紅外光光將氨氮降解為N₂和H₂O，無需添加多余的氧化劑，從而降低了成本，且所述催化劑重復催化降解氨氮5-10次后，所述氨氮的降解率仍>90％。

附圖說明

圖1是本發明實施例1中制得的硫化鉍復合富勒烯材料(C₆₀-Bi₂S₃)氨氮降解率隨時間的變化曲線圖；

圖2是本發明實施例1中制得的硫化鉍復合富勒烯材料(C₆₀-Bi₂S₃)重復7次后氨氮降解率的曲線圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖對本發明的具體實施方式進行詳細說明。這些優選實施方式的示例在附圖中進行了例示。附圖中所示和根據附圖描述的本發明的實施方式僅僅是示例性的，并且本發明并不限于這些實施方式。

在此，還需要說明的是，為了避免因不必要的細節而模糊了本發明，在附圖中僅僅示出了與根據本發明的方案密切相關的結構和/或處理步驟，而省略了與本發明關系不大的其他細節。

本發明實施例提供一種硫化鉍復合富勒烯材料于近紅外光光照條件下光催化降解氨氮中的用途。

進一步的，所述硫化鉍復合富勒烯材料包括富勒烯和1wt％～10wt％硫化鉍顆粒，所述硫化鉍分布于所述富勒烯表面和/或所述富勒烯的球狀結構內。

進一步的，所述硫化鉍復合富勒烯材料的比表面積為10-80m²/g。

進一步的，所述硫化鉍復合富勒烯材料的粒徑為1.0-20nm，相鄰硫化鉍層間距為0.54-0.84nm。

在一些實施方案中，所述氨氮包括NH₃和/或NH₄⁺，但不限于此。

在一些實施方案中，所述近紅外光的波長范圍為780-2500nm。

本發明實施例還提供一種氨氮的處理方法，其包括：將硫化鉍復合富勒烯材料加入含有氨氮的液相體系，并以近紅外光光照所述液相體系，使所述氨氮被光催化降解為N₂和H₂O。

在些實施方案中，所述硫化鉍復合富勒烯材料與氨氮的質量比為100mg:5-50mg。

進一步的，將含有氨氮的液相待測樣品與硫化鉍復合富勒烯材料混合置入避光反應器中，并在所述避光反應器的光照窗口處設置僅可使近紅外光通過的濾光片，之后以光源照射所述避光反應器，使其中的氨氮被光催化降解為N₂和H₂O。

在一較為優選的實施方案中，一種氨氮凈化方法具體包括：

(1)提供光反應器及濾光片，以保證只有近紅外光輻射進入光反應器；

(2)向步驟(1)中的光反應器中加入待測樣品及硫化鉍復合富勒烯材料，蓋上濾光片，再置于光源下光照，測得不同時間段所述待測樣品在可見光波段的吸光值；

(3)根據公式：氨氮降解率＝(1-C_i/C₀)×100％＝(1-A_i/A₀)×100％計算出氨氮的降解率。

進一步的，測得所述待測樣品在554nm處的吸光值。

進一步的，所述硫化鉍復合富勒烯材料重復催化降解氨氮5-10次后，氨氮的降解率仍>90％。

以下結合附圖和實施例對本發明的技術作進一步的解釋說明。

實施例1

(1)C₆₀-Bi₂S₃的制備：稱取0.6g硝酸鉍溶于20mL去離子水中，之后稱取0.2g硫脲溶于20mL去離子水中并與硝酸鉍溶液混合均勻，之后采用1mol/L的NaOH溶液調節混合液的pH值為10.0,再加入0.01g富勒烯,將混合溶液轉移至高壓反應釜中，在150℃條件下反應8h，冷卻至室溫，過濾洗滌后制得所述C₆₀-Bi₂S₃

(2)光催化實驗：用錫箔紙將一個100ml燒杯的杯壁包住，以避免紫外光和可見光進入反應體系，用λ>780nm截止型濾光片覆蓋在燒杯口上，以保證只有近紅外光輻射進入光反應器，將300W紫外-可見光燈置于反應器上方。燒杯中加入一定濃度的氨氮溶液，用NaHCO₃-Na₂CO₃(0.1mol/L)緩沖溶液調節pH值，向燒杯中加入一定量的催化劑，置于光源下，磁力攪拌器攪拌，每隔一小時測定剩余氨氮溶液的吸光度。取1ml氨氮溶液，加1.5ml納氏試劑，1ml酒石酸鉀鈉溶液稀釋至50ml，用T1901紫外可見分光光度計測定388nm處的吸光度，以此計算氨氮的降解率。

氨氮降解率＝(1－C_i/C₀)×100％＝(1－A_i/A₀)×100％

式中，C₀為氨氮的初始濃度，A₀為初始溶液的吸光度，C_i為剩余氨氮的濃度，A_i為剩余氨氮的吸光度。

參見圖1，光催化降解8h后，氨氮的降解率為90％。

(4)催化劑穩定性：通過多次循環實驗來評價雜化催化劑的穩定性。C₆₀-Bi₂S＝催化劑在近紅外光輻射下連續7次催化降解氨氮的降解率。每一次實驗持續8h，在每一次降解結束后，通過離心分離、去離子水洗滌得到催化劑，然后再繼續循環使用該催化劑。參見圖2所示，在C₆₀-Bi₂S₃催化劑光催化降解氨氮7次循環降解后，氨氮去除率仍在90％以上。

應當理解，上述實施例僅為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。