[发明专利]一种可见光响应催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于光催化材料技术领域，具体涉及一种可见光响应催化剂及其制备方法和应用。本发明以葡萄糖为碳源，以硝酸锰为锰源，尿素为碱源，四丁基溴化铵为分散剂，通过水热法得到碳包裹的前驱体MnCO₃，进而高温焙烧，得到三维分级结构的可见光响应催化剂，该催化剂是由无定型碳包裹在ε‑MnO₂表面构成。本发明制得的催化剂形貌可简单通过反应物葡萄糖的加入量得到调控，具有形貌可控性。由于表面碳层的形成使得催化剂具有较强的吸附能力和可见光活性，表现出优异的可见光催化降解甲苯活性，甲苯的降解率在70分钟时高达87.34％。

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，具体涉及一种可见光响应催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着能源化工等行业的迅速发展，我国每年的化石燃料消耗量也在持续攀升，而因此带来的环境污染也日趋严重。尤其是大气环境中的挥发性有机污染物(VOC)，对人体健康和生态系统稳定造成了严重的威胁，其是指在常温下饱和蒸汽压大于70Pa，常压下沸点在260℃以内的有机化合物，主要包括烃类、氧烃类、卤代烃类及硫化烃类等化合物。由于环境问题的紧迫性，许多国家和部分地区也都颁布了严格的VOC排放标准，但是这不能从根源上解决大气污染的问题。加之传统的废气处理方法(吸收法、吸附法和冷凝法)只是进行了简单的污染物转移，没有对其进行降解，因此发展洁净高效的环境治理和催化降解污染物技术成为各国政府和科学研究者普遍关注的问题。大气污染中，甲苯作为主要污染物之一，会通过皮肤，呼吸道进入人体并造成危害，因而展开对甲苯在室温下、自然光下的光催化降解研究，是具有十分重要的理论意义和实际应用价值的。

目前，关于光催化降解甲苯催化剂的研究大多集中在需要紫外光驱动的TiO₂或者ZnO催化剂，对可见光驱动锰氧化物催化剂尚未有相关报道。因此制备高效的可见光响应的双功能催化剂仍然是一个充满着各种挑战性的课题。

发明内容

为了克服现有技术的不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种可见光响应催化剂的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的可见光响应催化剂，该催化剂具有三维分级结构，较强的吸附能力和可见光活性，具有在室温下、自然光下降解气态污染物的双功能。

本发明的再一个目的在于提供上述可见光响应催化剂的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种可见光响应催化剂的制备方法，包含如下步骤：

(1)将四丁基溴化铵(TBAB)、尿素、Mn(NO₃)₂溶液和葡萄糖加入到反应溶剂中，混匀，得到混合溶液；然后进行水热反应，反应完成后产物除杂，得到中间产物；

(2)将步骤(1)制得的中间产物在空气气氛中高温焙烧，得到可见光响应催化剂(ε-MnO₂@C)；

步骤(1)中所述的混合溶液中尿素和Mn(NO₃)₂的摩尔比为0.6；

步骤(1)中所述的混合溶液中葡萄糖与Mn(NO₃)₂的摩尔比为0.02～0.07；

步骤(1)中所述的混合溶液中葡萄糖的终浓度为0.01～0.04mol/L；

步骤(1)中所述的混合溶液中四丁基溴化铵(TBAB)的终浓度优选为0.1～0.12mol/L；

步骤(1)中所述的Mn(NO₃)₂溶液的质量分数优选为50％；

步骤(1)中所述反应溶剂优选为乙二醇；

步骤(1)中所述的水热反应的条件优选为：反应温度为140～180℃，反应时间为1～2h；