[发明专利]一种Sn基氢氧化物型光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于光催化剂制备及环境污染物治理领域，具体涉及一种用于光催化治理含苯废气的Sn基氢氧化物型光催化剂MSn(OH)₆(M为Mg或Zn)及其制备方法。

背景技术

苯作为重要的化工原料和溶剂广泛应用于造漆、制药、制鞋、家具生产等领域，是室内空气中最为常见的隐形“杀手”。作为易挥发性有机污染物，苯废气主要以呼吸、皮肤摄入以及食入的方法进入人体。短时间吸入大量其蒸汽可导致急性中毒，出现头痛、呕吐、胸闷、头晕等症状，长期接触将导致神经衰弱、肝肿大、皮肤干燥和造血器官功能下降。

苯废气的处理方法主要包括传统的活性炭吸附、柴油煤油吸收、催化燃烧、微生物处理以及新近发展起来的紫外臭氧氧化、低温等离子体及光催化氧化降解等高级氧化技术。光催化氧化处理苯兴起于90年代，原理是利用半导体材料受光激发后产生的活性自由基(·OH和·O₂^-)对苯分子进行分解。相比于上述其他技术，该过程可在室温下利用光做驱动力对苯废气进行降解、矿化，因而在工艺、能耗、成本和效率上更具优势，成为近年来环境研究领域热点。然而，对绝大多数污染物都具有良好、稳定降解活性的传统光催化剂TiO₂在处理苯系污染物时效率却很低，且极易积碳失活，无法实际应用。因此，开发高活性和稳定性的光催化剂是光催化治理苯废气的关键所在。

有研究表明，随着降苯反应的进行，氧化物型光催化剂如TiO₂表面的羟基会逐渐消耗，导致光生空穴直接与苯环作用，从而形成苯正离子共轭基团，引发苯环间的聚合反应，最终在催化剂表面形成积碳。理论上讲，催化剂表面如果富含羟基，则既可强化·OH的氧化反应，提高效率，也可促进表面捕获反应气氛中的微量水汽，再生羟基，从而避免上述积碳失活的发生。显然，氢氧化物型光催化剂将是个很好选择。

已报道的能高效降解苯废气的氢氧化物型光催化剂有In(OH)₃、InOOH及GaOOH等(参见中国材料进展2010年第1期10页；Nanotechnology,2010,21(35):355601)。这些报道的氢氧化物或多或少存在着如原材料昂贵，制备工艺复杂、活性稳定性不高等问题。因此，开发和环保地制备能用于苯废气降解的廉价、高效的氢氧化物型光催化剂仍是挑战。

发明内容

本发明旨在提供一种新型的用于光催化降解苯废气的Sn基氢氧化物型光催化剂及其制备方法，所要解决的技术问题是TiO₂光催化剂处理苯活性低、易失活，以及现有氢氧化物型光催化剂活性不理想、制备工艺复杂、成本高的问题。

本发明Sn基氢氧化物型光催化剂，其特点在于：所述光催化剂是由Mg²⁺或Zn²⁺和Sn⁴⁺所构成的双金属氢氧化物固溶体，所述催化剂的化学式为MSn(OH)₆，其中M为Mg或Zn。

本发明Sn基氢氧化物型光催化剂的制备方法，其特点在于按如下步骤进行：

a、将Na₂SnO₃·4H₂O溶于水中，获得浓度为0.05-0.1mol/L的Na₂SnO₃溶液；将MgCl₂·6H₂O或ZnCl₂溶于水中，获得与所述Na₂SnO₃溶液浓度相同的MCl₂溶液；浓度过大，Na₂SnO₃·4H₂O不能完全溶解，而浓度过小又会导致产量过小，因此合适范围为0.05-0.1mol/L；MCl₂溶液与Na₂SnO₃溶液采用相同的浓度，有利于下一步按配比进行混合反应。

b、取等体积的Na₂SnO₃溶液与MCl₂溶液，在搅拌下将所述Na₂SnO₃溶液逐滴加入到MCl₂溶液中，获得乳白色悬浊液；以浓度为0.1mol/L盐酸或0.1mol/L NaOH溶液调节所述乳白色悬浊液的pH为4-13；