一種制備可見光響應的光催化劑的裝置及制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及光催化材料技術領域，尤其涉及一種密封性良好、制備的光催化劑可見光響應較好、對有機物選擇性氧化效果好的催化劑制備裝置及方法。
【背景技術】
[0002]將一種有機底物高選擇性的反應至目標產物，對工業合成和實驗室合成都具有重要的意義。隨著環境問題和資源問題日漸成為制約社會發展的重要問題，如何使工業生產更加綠色經濟的進行，成為現在研宄的重要方向。如何取代目前常用的昂貴而又有毒的貴金屬催化劑、過渡金屬絡合物催化劑，避免反應過程中常用的大量強酸強堿，以及使用廉價清潔的分子氧代替C1—、Cl2等有毒的強氧化劑，實現環境友好的、經濟高效的有機底物的選擇性氧化，是國內外的研宄者熱心解決的重大問題。
[0003]以二氧化鈦(Ti02)和氮化碳(C3N4)等為代表的光催化劑，在污染物處理、光解水、太陽能電池等方面都受到了廣泛的重視和研宄。二氧化鈦受紫外光激發后發生電子和空穴的分離，其價帶空穴具有高達2.7 eV的氧化電位，能夠氧化分解大多數的有機物；但是，在強氧化性的空穴、以及空穴衍生出的羥基自由基的作用下，大多數的有機物都被無法抑制的氧化至水和二氧化碳，這大大的限制了二氧化鈦在很多方面的應用；而且，二氧化鈦的激發波長在只占太陽光譜不足3%的紫外光區，這在能源和經濟角度制約了二氧化鈦的應用。如何利用光催化這一綠色氧化技術，使用光催化劑取代貴金屬/過渡金屬絡合物催化劑，以廉價清潔的分子氧代替C1—、Cl2、Cr(VI)等作氧化劑，在溫和條件下實現醇的高選擇性氧化，是國內外研宄者一直追尋的目標。
[0004]將光催化劑負載貴金屬改性，可以提高光催化劑的活性和可見光響應。負載貴金屬常用的方法主要有:硼氫化鈉還原法，通氮氣除氧法等，其中，NaHB4易殘留，進而影響光催化劑的氧化能力；通氮氣除氧不易操作。此外，真空環境也可以實現貴金屬的負載，但相應得裝置不多，常規真空裝置利用困難。
[0005]中國專利公布號CN102962078A，公布日2013年3月13日，名稱為一種可見光響應的光催化劑及其制備方法，該申請案公開了一種可見光響應的光催化劑及其制備方法，將分析純的硝酸銀、氧化銅、五氧化二銀、五氧化二鉭按照AgCuNlvxTaxO4 (其中0<χ<1)稱量后放進高壓釜中，以氫氧化鉀為礦化劑，采用水熱合成工藝獲得了具有良好的可見光光催化劑特性的復合氧化物。其不足之處在于，制備的光催化劑電子傳遞困難。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于為了解決現有制備光催化劑氧化能力差制備方法困難的缺陷而提供一種真空、載氣兩用的裝置，實現了催化劑真空操作，密閉性良好，利用裝置制備的光催化劑光生電子和空穴分離效果好的制備可見光響應的光催化劑的裝置。
[0007]本發明的另一個目的是為了提供利用該裝置制備可見光響應高，對有機物的選擇性氧化效果好、選擇性高的光催化劑的制備方法。
[0008]為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案:
一種制備可見光響應的光催化劑的裝置，包括光照反應箱，玻璃管路系統，載氣集氣系統，真空裝置，所述的玻璃管路系統包括玻璃管路、閥門、冷凝管、反應器，冷凝管、光照反應器、氙燈、磁力攪拌器、升降臺設置在光照反應箱內，所述的載氣集氣系統包括載氣瓶、減壓閥、集氣瓶；所述的真空裝置包括真空表，真空泵；載氣瓶分別連接玻璃管路一端、光照反應器下部支管，玻璃管路系統依次由玻璃管路、閥門、冷凝管、光照反應器連接而成，橫向玻璃管路位于光照反應箱外部，其末端分別連接真空泵、集氣瓶，其上裝有若干的閥門和真空表。
[0009]作為優選，所述光照反應箱的上部設有可視窗，可視窗上設有防強光玻璃，冷凝管與光照反應箱接觸處設有密封圈。
[0010]作為優選，氙燈、磁力攪拌器、升降臺設置在光照反應箱內，氙燈和磁力攪拌器放置于升降臺上，氙燈燈頭高度剛好略高于光照反應器，伸入光照反應器上方，與光照反應器正對；氙燈、磁力攪拌器各一個，升降臺有大、小兩個，氙燈放置于大升降臺上，磁力攪拌器放置于小升降臺上，并正對著置于光照反應器下部，磁力攪拌器與光照反應器下部距離I至2厘米。
[0011]作為優選，光照反應器靠近底部有相互垂直的支管，橫向支管上裝有閥門，光照反應器由懸掛臂、石英蓋、玻璃杯組成，所述的懸掛臂有兩個，中空對稱，上端呈半球狀，與上部的冷凝管相接，所述的冷凝管內部有細螺旋玻璃管，外壁上部有冷凝水入口，外壁下部有冷凝水出口，冷凝管下端，呈半球殼形，與光照反應器相接。
[0012]一種可見光響應的光催化劑的制備方法，所述制備方法步驟如下:
a)將原料研磨后溶于蒸餾水，放入光照反應器內，加入氯金酸溶液；
b)將系統抽真空，打開光源，光照反應l_9h，反應過程中持續抽真空，得到反應溶液；
c)步驟b)后得到的反應溶液離心，烘箱烘干，然后研磨，得到光催化劑。
[0013]作為優選，步驟b)替換為真空泵、閥門全關閉，打開載氣，8號閥門打開，待系統充滿氮氣后，打開6號與7號閥門，打開光源，光照反應l_9h，反應過程中持續通氮氣，通氮氣的分壓為0.1-0.6MPa。
[0014]作為優選，原料為P25或煅燒后的三聚氰胺，研磨后取0.5g溶于50mL蒸飽水。
[0015]作為優選，原料為三聚氰胺時，先取原料5g，在400-600°C下煅燒4_6h，冷卻研磨后取0.5g溶于50mL蒸飽水。
[0016]作為優選，氯金酸溶液為Ig氯金酸溶于100mL，加入氯金酸溶液的量為0.l_2mL。
[0017]作為優選，所述光源為氙燈，功率300W，工作電壓14V，工作電流14-21A。
[0018]本發明的核心是為制備可見光響應的光催化劑提供一種真空、載氣兩用裝置，能夠實現真空裝置和載氣裝置的切換，以滿足制備不同催化劑的需求，同時能制備出高可見光響應的光催化劑。
[0019]本發明的有益效果:
O真空裝置和載氣裝置的切換方便；
2)提高了催化劑貴金屬負載的效果；
3)能夠提供真空和載氣兩種操作；
4)本發明制備工藝簡單，對環境友好； 5)本發明原料利用率高，節省了制備的成本；
6)本發明制備的光催化劑具有優異的光電催化能力，其原因是Au具有良好的導電能力和化學穩定性，因此Au包裹的氮化碳材料能有效提高界面電子傳遞能力，降低反應能皇；此外，由于Au具有有效抑制一氧化碳毒化現象，因此本發明光催化劑也具有抗毒化性會K。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明的一種結構示意圖。
[0021]圖中，1-8、閥門；9、光照反應器下部支管；10、真空表；11、冷凝水入口 ；12、冷凝水出口 ； 13、冷凝管；14、細螺旋玻璃管；15、光照反應器；16、氙燈；17、磁力攪拌器；18、升降臺；19、墊圈；20、光照反應箱；21、載氣瓶；22、真空泵；23、集氣瓶；24、減壓閥。
[0022]圖2是光照反應器的局部放大圖。
[0023]圖3是本發明實施例1-3與對比例I選擇性氧化苯甲醇效果對比圖。
[0024]圖4是本發明實施例4-5與對比例2選擇性氧化苯甲醇效果對比圖。
【具體實施方式】
[0025]下面通過具體實施例，對本發明的技術方案作進一步的具體說明。
[0026]本發明中，若非特指，所采用的原料和設備等均可從市場購得或是本領域常用的。
[0027]下述實施例中的方法，如無特別說明，均為本領域的常規方法。
[0028]如圖1、圖2所示，本發明的制備可見光響應光催化劑的真空、載氣兩用裝置，包括光照反應箱20，玻璃管路系統，載氣集氣系統，真空裝置等。所述的玻璃管路系統包括玻璃管路、閥門、冷凝管13、反應器15。所述的光照反應箱20中，容納了冷凝管13、光照反應器
15、氙燈16、磁力攪拌器17、升降臺18等部件。所述的載氣集氣系統，包括載氣瓶21、減壓閥24、集氣瓶23。所述的真空裝置包括真空表10，真空泵22。所述的載氣瓶21，分別連接玻璃管路一端、光照反應器下部支管9。所述的玻璃管路系統，依次由玻璃管路、閥門(1-8)、冷凝管13、光照反應器15連接而成，橫向玻璃管路位于光照反應箱20外部，其末端分別連接真空泵22、集氣瓶23，其上裝有閥門共7個(1-7)，真空表I個。
[0029]所述的光照反應箱20，箱門可打開，上部有可視窗，優選的，可視窗有防強光玻璃。
[0030]所述的氙燈16、磁力攪拌器17、升降臺18也位于光照反應箱20內，氙燈16和磁力攪拌器17放置于升降臺18上，氙燈16燈頭高度剛好略高于光照反應器15，伸入光照反應器15上方，與其正對。所述的氣燈16、磁力攪拌器17各一個，升降臺18有大、小兩個，氙燈16放置于大升降臺上，磁力攪拌器放置于小升降臺上，并正對著置于光照反應器15下部。磁力攪拌器17與光照反應器15下部距離I至2厘米，以防止光照反應器15的掉落及升降臺18的形變。
[0031]所述的冷凝管13內部有細螺旋玻璃管14，外壁上部有冷凝水入口 11，外壁下部有冷凝水出口 12，冷凝管下端，呈半球殼形，與光照反應器15相接。
[0032]冷凝管13與光照反應箱20接觸處設有墊圈19。
[0033]光照反應器15靠近底部有相互垂直的支管9，橫向支管上裝有閥門8，可控制光照反應器內液體流出，以及載氣的通入。光照反應器15，由懸掛臂，石英蓋，玻璃杯組成。所述的懸掛臂有兩個，中空，對稱，上端呈半球狀，與上部的冷凝管相接。所述的石英蓋，內部有順時針螺紋，所述的玻璃杯，頂部有逆時針螺紋，二者相接可旋緊，既保證了使用真空系統時的負壓，又保證了使用載氣時的密封性。
[0034]實施例1
一種可見光響應光催化劑的制備方法，步驟如下:將5g三聚氰胺在馬弗爐中，恒溫520°C，煅燒4小時，得到g-C3N4。研磨后，稱0.5g溶于50mL蒸餾水，加入到光照反應器內，旋緊石英蓋，加入ImL氯金酸溶液，1、2、8號閥門關閉，其余閥門打開，將系統抽真空后，打開光源，光照反應3h，反應過程中持續抽真空，氙燈的功率300W，工作電壓14V，工作電流14-21A最后，將反應后溶液離心，烘箱烘干，研磨，即得真空條件下制備的光催化劑Au/
S-C3N4