[发明专利]一种反蛋白石结构氧化铈及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种反蛋白石结构氧化铈及其制备方法与应用，制备方法包括：1)将苯乙烯、丙烯酸及水混合均匀，之后加入引发剂进行反应，得到胶体分散液；2)胶体分散液经离心、洗涤后，再分散于乙醇中，得到胶体乙醇分散液；3)胶体乙醇分散液通过垂直沉积法，得到胶体晶体；4)将胶体晶体进行加热预处理；5)配制CeO₂前驱体与柠檬酸的混合乙醇溶液；6)将混合乙醇溶液滴浸于预处理后的胶体晶体上，干燥、焙烧后得到反蛋白石结构氧化铈；该反蛋白石结构氧化铈可作为光催化剂，用于处理染料废水。与现有技术相比，本发明制备的反蛋白石结构CeO₂材料的形貌较为规整、光催化性能优异，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于材料学技术领域，涉及一种纳米材料，具体来说是一种反蛋白石结构氧化铈及其制备方法与应用。

背景技术

随着全球人口的增加、城市化进程的稳步发展以及人们对生活舒适度的追求，使得人们对工业品和清洁水的需求越来越多。纺织、皮革、造纸、橡胶与印刷等行业，在提供大量工业品的同时也产生了大量的染料废水。染料的化学结构稳定，在常规的生物法和高级氧化法的废水处理过程中难以有效去除，形成染料污染，对植物、水体动物和人类均具有一定的毒性和诱突变性。在废水排放前必须使用适当的方法移除染料。

光催化氧化技术主要是指利用半导体光催化剂在光照射下产生活性物种，并通过活性物种降解环境中的有机污染物的方法，该方法具有对环境染小、无二次污染、降解彻底、反应条件温和的突出优势。利用光催化氧化技术能够将光能转变为化学能，使许多难以实现的反应能够在常温常压的条件下进行。随着纳米材料科学与纳米科技的发展，无机纳米材料由于其独特的结构而在光电以及物理化学等方面表现出越来越多优异的特性，从而受到越来越多科研人员的关注。纳米反蛋白石材料具有密度小、比表面积大和壳层可渗透等特点。此外，纳米反蛋白石材料的壳层由纳米粒子组成，还具有相应的协同效应，如纳米尺寸效应、量子尺寸效应、纳米晶体缺陷和介孔属性等。因此，纳米反蛋白石材料在光催化等领域具有广阔的应用前景。

氧化铈是一种重要的稀土金属氧化物，具有良好的氧缺陷和氧存储/释放的能力，并作为一种重要的催化剂，广泛地应用在三效催化、水煤气转化、燃料电池、光催化等领域。如何合理地设计形态结构、增强氧化铈特有的物理化学性能，已受到越来越多科研人员的关注。目前关于氧化铈在废水处理领域的研究主要包括一维结构(纳米颗粒、纳米线、纳米管、纳米棒等)氧化铈、二维结构(纳米片、纳米盘等)氧化铈和三维结构(方体、花球以及三维有序大孔结构等)氧化铈。

中国专利CN105967219A提供了一种用于紫外屏蔽剂的氧化铈空心材料的制备方法，在一个反应容器中加入去离子水、苯乙烯单体、甲基丙烯酸，然后混合均匀，搅拌后加入过硫酸铵，反应8-10h后获得聚苯乙烯-丙烯酸(PSAA)微球溶液；在表面带负电荷的聚苯乙烯-丙烯酸微球溶液中加入硝酸铈，然后再加入氨水，反应完全后再分别用去离子水和无水乙醇洗涤，过滤；将过滤后得到的沉淀先烘干，再在400-500℃的马弗炉中焙烧1-3h，去除PSAA模板后获得氧化铈空心球。该专利技术中，在可见光的激发下，氧化铈空心球的光生电子空穴对，没有生成羟基自由基，而是分别生成超氧激子和氧负离子，氧化染料。与该专利相比，本发明中蛋白石的空腔相互连接，利于反应物质的交换。这样在光催化反应的过程中，空腔内可以自由的吸附降解底物，释放降解产物，有利于光催化反应的进行，使光降解能力大幅度提高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种反蛋白石结构氧化铈及其制备方法与应用。

针对目前氧化铈光催化材料可见光利用效率低，催化性能不是很理想，导致其应用受到限制的现状，本发明提供一种反蛋白石结构的氧化铈及其制备方法，并用于光催化处理废水领域。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种反蛋白石结构氧化铈的制备方法，包括以下步骤：