纳米颗粒/CdS纳米棒复合光催化剂及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及复合光催化剂的制备,具体涉及一种CeOjA米颗粒/CdS纳米棒复合光催化剂及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]随着经济的发展，染料被广泛应用于纺织品、皮革、食品、涂料、油墨及橡胶等领域，我国染料废水引发的环境问题也日益突出。大多数染料具有很强的化学稳定性和生物难降解性，能在水体中长时间的存在并造成严重的环境污染。因此，消除环境中染料废水带来的污染已成为环境保护领域的重要研究课题。
[0003]光催化技术是一种方兴未艾的环境污染治理技术，该技术通过光催化剂与污染物结合，利用光能作为驱动力，达到污染物的降解去除。光催化技术具有很多优点，如操作简单、反应条件温和、能矿化绝大多数有机物生成无毒小分子物质、可利用太阳光等。CdS作为一种常用的光催化剂，其禁带宽度窄，具有优异的可见光响应特性，被广泛应用于光催化分解水制氢以及光催化降解污染物。但是由于CdS在光催化过程中稳定性差、光生电子和空穴转移速度慢、复合率高等，使其在光催化领域的应用受到限制。
[0004]为了解决CdS存在的缺陷，科研工作者做了大量研究工作。目前，国内外提高CdS光催化活性的方法主要有元素掺杂、半导体复合、改变形貌结构等，但这些方法往往存在对实验条件要求苛刻、实验步骤繁琐、合成材料光催化活性低等问题。因此，亟待开发一种合成简便且有良好应用前景的CdS复合物材料。近年来，稀土金属因其光催化活性、吸附性、耐腐蚀性及抗氧化性逐渐引起人们关注，而在半导体复合研究中，关于稀土金属氧化物修饰CdS制备光催化剂的报道很少。因此，研究出具有高光催化降解活性、抗光腐蚀性的稀土金属氧化物/CdS复合光催化剂是业内人士所努力的方向。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种催化效率高、抗腐蚀性强、成本低廉的Ce02m米颗粒/CdS纳米棒复合光催化剂的制备方法及其在染料降解中的应用。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
一种CeO^A米颗粒/CdS纳米棒复合光催化剂,所述CeO 2纳米颗粒/CdS纳米棒复合光催化剂以一维结构的CdS纳米棒作为基体，CeOjA米颗粒修饰于CdS纳米棒表面。
[0007]上述的CeOjA米颗粒/CdS纳米棒复合光催化剂，优选的，所述CeO2纳米颗粒为直径1nm?25nm的球状晶体，禁带宽度为3.2eV ;所述CdS纳米棒为长度为I μ m?2 μ m、直径10nm的CdS纳米棒状晶体，禁带宽度为2.4eV。
[0008]作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种CeOjA米颗粒/CdS纳米棒复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤: (1)将二乙基二硫代氨基甲酸钠和CdCl2.2.5H20反应制得二乙基二硫代氨基甲酸镉；
(2)将所述二乙基二硫代氨基甲酸镉中加入溶剂进行溶剂热反应得到CdS纳米棒；
(3)将步骤(2)中所得CdS纳米棒与Ce(NO3)3.6Η20超声分散于无水乙醇中得到悬浮液；将去离子水逐滴加入到所述悬浮液中进行溶剂热反应，制得&02纳米颗粒/CdS纳米棒复合光催化剂。
[0009]上述的制备方法，优选的，所述步骤(I)中所述二乙基二硫代氨基甲酸钠和CdCl2.2.5Η20的浓度比为2?3: I。
[0010]上述的制备方法，优选的，所述步骤(2)具体为:在所述二乙基二硫代氨基甲酸镉中加入乙二胺得到混合溶液，然后以180°C?220°C溶剂热反应22h?26h。
[0011]上述的制备方法，优选的，所述步骤(3)中所述CdS纳米棒在无水乙醇中的的浓度为250mg/L?1200mg/L，所述CdS纳米棒与Ce (NO3)3.6Η20的摩尔比为5?30: I ;所述无水乙醇与所述去离子水的体积比为5: 3?4;所述溶剂热反应的温度为180°C?220°C，时间为22h?26h ;所述溶剂热反应后得到的产物溶液置于60V?80°C烘箱中干燥后得到CeOjA米颗粒/CdS纳米棒复合光催化剂。
[0012]作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种上述的CeOjA米颗粒/CdS纳米棒复合光催化剂或上述制备方法制备得到的&02纳米颗粒/CdS纳米棒复合光催化剂在染料废水处理中的应用。
[0013]上述的应用，优选的，所述应用方法为:将CeOjA米颗粒/CdS纳米棒复合光催化剂按照0.2g/L?0.8g/L的添加量添加到染料废水中，在可见光下进行光催化反应30min?90min，完成对染料废水的处理。
[0014]上述的应用，优选的，在所述光催化前，将&02纳米颗粒/CdS纳米棒复合光催化剂与所述染料废水避光搅拌，使所述CeOjA米颗粒/CdS纳米棒复合光催化剂与所述染料废水达到吸附平衡。
[0015]上述的应用，优选的，所述染料废水中所述染料为罗丹明B ;所述罗丹明B在所述染料废水中的浓度为20mg/L?80mg/L，所述染料废水的pH为2?10。
[0016]上述的应用，优选的，所述可见光的光源为300W的氣灯,光源与液面距离为15cm。
[0017]本发明的创新点在于:
本发明是将禁带宽度为3.2eV的CeO2球状颗粒修饰于禁带宽度为2.4eV的CdS纳米棒表面。由于&02和CdS的禁带宽度差异以及它们的价带和导带位置关系，经CeO2纳米颗粒修饰后的CdS纳米棒中产生的电子(e_)能快速有效地与空穴(h+)分离。当光照射于CeO2纳米颗粒/CdS纳米棒复合光催化剂后，CdS中的电子激发跃迁到导带(CB)，由于CdS导带位置相比于CeO2导带位置更负，CdS导带上的电子将转移到CeO 2导带上。而O 2/02 的氧化还原电位比&02纳米颗粒/CdS纳米棒复合材料导带位置更正，所以CeO 2吸附的表面氧和CeO2本身的晶格氧能接收电子而生成氧化性极强的自由基O 2‘_。这些自由基以及空穴(h+)将攻击染料分子使其降解。经&02纳米颗粒修饰，CeO 2/CdS复合材料在光催化过程中的稳定性增强，循环利用性提高。
[0018]与现有技术相比，本发明的优点在于:
(I)本发明以一维结构的CdS纳米棒作为基体，相比于零维、二维和三维结构，其具有传输电子速率快、光吸收强、强度大、不易团聚以及吸附面积大等优点。
[0019](2)本发明的&02纳米颗粒/CdS纳米棒复合光催化剂稳定性强、循环利用性高，对染料废水的降解效率高。
[0020](3)本发明的CeOjA米颗粒/CdS纳米棒复合光催化剂的制备方法，工艺简单，成本低廉，适用于工业化生产。
[0021](4)本发明的Ce02m米颗粒/CdS纳米棒复合光催化剂降解有机物效果好，应用方法简单。
【附图说明】
[0022]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
[0023]图1是本发明实施例1中制备的CdS纳米棒和CeOjA米颗粒/CdS纳米棒复合光催化剂的X射线衍射(XRD )图。
[0024]图2是本发明实施例1中CdS纳米棒的扫描电镜(SEM)图。
[0025]图3是&02纳米颗粒/CdS纳米棒复合光催化剂的扫描电镜(SEM)图。
[0026]图4是&02纳米颗粒/CdS纳米棒复合光催化剂的透射电镜(TEM)图。
[0027]图5是&02纳米颗粒/CdS纳米棒复合光催化剂的高分辨率透射电镜(HRTEM)图。
[0028]图6是本发明实施例1中制备的&02纳米颗粒/CdS纳米棒复合光催化剂、CdS以及CeO2降解罗丹明B的可见光催化降解性能曲线。
[0029]图7是本发明实施例1制备的&02纳米颗粒/CdS纳米棒复合光催化剂以及CdS纳米棒降解罗丹明B的紫外可见光吸收光谱曲线。
[0030]图8是本发明实施例1制备的CeOjA米颗粒/CdS纳米棒复合光催化剂降解染料废水的原理图。
[0031]图9是本发明实施例1?4制备的CeOjA米颗粒/CdS纳米棒复合光催化剂降解罗丹明B的可见光催化降解性能曲线。
[0032]图10是本发明实施例1中制备的Ce02m米颗粒/CdS纳米棒复合光催化剂在不同PH值下对罗丹明B可见光催化降解效果图。
[0033]图11是本发明实施例1中制备的CeOjA米颗粒/CdS纳米棒复合光催化剂对不同初始浓度的罗丹明B染料废水的可见光催化降解效果图。
[0034]图12是本发明实施例1中制备的CeOjA米颗粒/CdS纳米棒复合光催化剂循环反应四次的光催化性能曲线。
[0035]图13是本发明实施例1中制备的Ce02m米颗粒/CdS纳米棒复合光催化剂在光催化降解反应前、后的X射线衍射(XRD)图。
【具体实施方式】
[0036]以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
[0037]以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。
[0038]实施例1
一种本发明的CeOjA米颗粒/CdS纳米棒复合光催化剂，以一维结构的CdS纳米棒作为基体，Ce02m米颗粒修饰于CdS纳米棒表面。
[0039]其中Ce02m米颗粒为直径1nm?25nm的球状晶体，禁带宽度为3.2eV ；CdS纳米棒为长度为I μ m?2 μ m、直径10nm的CdS纳米棒状晶体，禁带宽度为2.4eV。
[0040]CeOjA米颗粒/CdS纳米棒复合光催化剂的制备