一种可见光催化降解氮氧化物的方法专利检索-金属卤化物灯高强度放电灯气体放电灯灯光专利检索查询-专利查询网

一种可见光催化降解氮 氧化物的方法

阅读：30发布：2020-05-11

专利汇可以提供一种可见光催化降解氮氧化物的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种可见光催化降解氮氧化物的方法，它是以二氯二茂锆作为光催化剂，采用光催化降解方法，催化降解氮氧化物。本发明以二氯二茂锆作为光催化剂，相较现有的二氧化钛催化剂，可见光利用率高，使用本发明催化剂光催化降解氮氧化物，直接在可见光范围内就可催化，其NO的降解率可达65.8％，而采用二氧化钛催化剂，直接在可见光范围范围催化，NO的降解率低于10％，即使进行了离子掺杂等工序后，NO的降解率也仅在50％左右。因此，本发明方法在保证氮氧化物降解率的同时可直接在可见光照射下催化，提高了太阳能的利用率，避免了离子掺杂等工序，工艺更加简单，更有利于光催化降解氮氧化物的工业化实施。，下面是一种可见光催化降解氮氧化物的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种可见光催化降解氮氧化物的方法，其特征在于：以二氯二茂锆作为光催化剂，采用光催化降解方法，催化降解氮氧化物。
2.根据权利要求1所述的一种可见光催化降解氮氧化物的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将二氯二茂锆分散在溶剂乙醇中，通过超声和搅拌，混合均匀形成混合液，将混合液转移到蒸发皿中，在60～70℃下蒸干溶剂；
(2)将步骤(1)处理后的蒸发皿置于光催化降解装置中，光催化降解装置中通入NO和干燥空气，在光源照射下，NO被催化降解。
3.根据权利要求2所述的一种可见光催化降解氮氧化物的方法，其特征在于：所述步骤(1)中二氯二茂锆的用量为100mg，乙醇的用量为50mL。
4.根据权利要求2或3所述的一种可见光催化降解氮氧化物的方法，其特征在于：所述乙醇为无水乙醇。
5.根据权利要求2所述的一种可见光催化降解氮氧化物的方法，其特征在于：所述步骤(1)中超声时间为40～60min，搅拌时间为1.5h。
6.根据权利要求2所述的一种可见光催化降解氮氧化物的方法，其特征在于：所述步骤(2)中通入光催化降解装置中NO的流速为2-10mL/min，干燥空气的流速为1-2L/min。
7.根据权利要求6所述的一种可见光催化降解氮氧化物的方法，其特征在于：所述步骤(2)中通入光催化降解装置中NO的流速为5mL/min，干燥空气的流速为1.5L/min。
8.根据权利要求2所述的一种可见光催化降解氮氧化物的方法，其特征在于：所述步骤(2)中光源为太阳光或金属卤化物灯发出的光。
9.根据权利要求2所述的一种可见光催化降解氮氧化物的方法，其特征在于：所述步骤(2)中NO在光催化降解装置中循环降解，其循环降解时间为8～12min。
10.根据权利要求2所述的一种可见光催化降解氮氧化物的方法，其特征在于：所述步骤(2)中NO在光催化降解装置中循环降解的时间为10min。

说明书全文

一种可见光催化降解氮氧化物的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种可见光催化降解氮氧化物的方法。

背景技术

[0002] 氮氧化物(NOx)主要包括NO、NO2，我国仅2007年的氮氧化物排放量就为1643.4万吨，是大气污染物的主要构成之一。大气中的NOx，受到太阳光的照射与空气中的O2和有机物作用，可形成醛，酮和有机酸，导致了光化学烟雾、酸雨的发生。随着工业的快速发展，对氮氧化物的处理已经成为一个严峻和紧迫的研究内容。目前成熟的脱除NOx的方法为催化还原法，但此法存在设备投资及运行费用高，产生二次污染，只能局限于对固定源NOx脱除等缺点。近年来，许多研究表明，光催化技术在环境污染治理方面有着良好的应用前景。

[0003] 光催化降解污染物是以半导体氧化物为催化剂，在光源照射下，将光能转换为化学能，促进污染物降解为无害的物质，具有能耗低，可以利用太阳能，不需额外加入反应物，无二次污染，反应条件温和等优势。

[0004] TiO2的催化活性较好，而且TiO2的化学稳定性高，耐光腐蚀，并且具有较深的价带能级，可使某些化学反应在被光辐射的TiO2表面得到实现和加速，同时TiO2对人体无毒害作用，所以针对TiO2的光催化的研究最为活跃，也成为光催化剂的主体材料。

[0005] 但是TiO2光催化剂带隙较宽(Eg＝3.2eV，由λ＝1239.8\Eg，得λ＝387nm)，只能被波长不大于387nm的紫外光激发,而这部分紫外线(300～400nm)只占到达地面上的太阳光能4％～6％，太阳能利用率很低。而太阳光能的45％在可见光区，因此有必要研究一种光可见光催化降解氮氧化物的方法，增加可见光的利用，提高太阳能的利用率。

发明内容

[0006] 有鉴于此，针对现有技术的不足，本发明提供一种可见光催化降解氮氧化物的方法，在保证氮氧化物降解率的同时，提高可见光的利用率。

[0007] 为解决以上技术问题，本发明的技术方案为采用一种可见光催化降解氮氧化物的方法，它是以二氯二茂锆作为光催化剂，采用光催化降解方法，催化降解氮氧化物。

[0008] 光催化降解氮氧化物技术是面向烟气净化过程的一种环境友好型处理工艺，具有反应条件温和、节能、绿色环保、氧化还原能力强等优点。光催化材料能够利用其自身特殊的半导体能带结构驱动氧化-还原反应，用于氧化分解有机污染物、烟气净化等。光催化的本质是在自然光或人工光源的作用下对半导体的活化。在光照下，半导体从光量子中吸收足够的能量，使电子从催化剂的价带经过跃迁到达导带，原子得到能量的激发，形成电子-空穴对。那些空穴能够从水分子中产生OH-自由基，并吸附于半导体表面，这些活性基团将使氮氧化物得到转化，而电子则与氧分子形成超氧阴离子O2-，形成了氧化氮氧化物的强氧化剂。

[0009] 目前研究最多的光催化材料是TiO2，因TiO2光催化剂带隙较宽(Eg＝3.2eV，由λ＝1239.8\Eg，得λ＝387nm)，只能被波长不大于387nm的紫外光激发,而这部分紫外线(300～
400nm)只占到达地面上的太阳光能4％～6％，太阳能利用率很低。而可见光(400～700nm)却占了太阳光能总能量的45％，因此降低催化剂的禁带Eg的宽度使吸收光谱向可见光扩展是提高太阳能利用率的技术关键。

[0010] 本发明采用二氯二茂锆作为催化剂，锆作为钛的同族元素，具有半导体的性质，二氯二茂锆带隙相对小一些(Eg＝2.88eV)，入射光波长为λ＝430nm，属于可见光蓝光范围。参见图2，二氯二茂锆和现有光催化剂二氧化钛的吸收光谱对比，在可见光(430nm)范围内，二氯二茂锆有一个强烈的吸收峰，为催化降解氮氧化物奠定了基本条件，而二氧化钛的吸收峰很小。

[0011] 上述方法中使用的二氯二茂锆，可采用格氏法、茂钠法、锂氏法、蒽镁法以及二乙胺法合成得到，优选二乙胺法进行合成，它是ZrCl4与环戊二烯在混合溶剂[V(二氯甲烷)︰V(THF)＝3︰7]中回流反应6h合成得到二氯二茂锆，其具体合成方法，本发明人在期刊(【合成化学】2010年第18卷，第4期，484～486页)中已有详细的说明。

[0012] 进一步的，本发明提供的一种可见光催化降解氮氧化物的方法，具体包括下述两个步骤：

[0013] (1)将100mg二氯二茂锆分散在50mL溶剂乙醇中，超声40～60min，搅拌1.5h，混合均匀形成混合液，再将混合液转移到蒸发皿中，在60～70℃下蒸干溶剂；溶剂乙醇优选无水乙醇，既可保证二氯二茂锆在溶剂中分散均匀，又可加速溶剂的蒸干，节约时间；

[0014] 该步骤使催化剂二氯二茂锆分散均匀，使其能在下一步光催化降解装置中充分发挥催化剂的作用。

[0015] (2)将步骤(1)处理后的蒸发皿置于光催化降解装置中，光催化降解装置中通入NO和干燥空气，NO在光催化降解装置中循环流动8～12min，在光源照射下，NO被催化降解。

[0016] 其中，通入光催化降解装置中NO的流速为2-10mL/min，干燥空气的流速为1-2L/min；优选NO的流速为5mL/min，干燥空气的流速为1.5L/min。

[0017] 本发明方法应用于实际生产时，其光源就为太阳照射的自然光；当在实验室条件下用于实验研究时，光源采用150w的金属卤化物灯发出的光。金属卤化物灯具有发光效率高、显色性能好、寿命长等特点，是一种接近日光色的节能新光源。

[0018] 进一步的，上述步骤(2)中NO在光催化降解装置中光照循环降解的时间优选10min。

[0019] 与现有技术相比，本发明提供的可见光催化降解氮氧化物的方法，采用光催化降解方法，具有反应条件温和、节能环保、氧化还原能力强等优点，以二氯二茂锆作为光催化剂，相较现有的二氧化钛催化剂，可见光利用率高，使用本发明催化剂光催化降解氮氧化物，直接在可见光范围内就可催化，其NO的降解率可达65.8％，而采用二氧化钛催化剂，直接在可见光范围范围催化，NO的降解率低于10％，即使进行了离子掺杂等工序后，NO的降解率也仅在50％左右。因此，本发明方法在保证氮氧化物降解率的同时可直接在可见光照射下催化，提高了太阳能的利用率，避免了离子掺杂等工序，工艺更加简单，更有利于光催化降解氮氧化物的工业化实施。附图说明

[0020] 图1为二氯二茂锆催化降解NO的降解率图；

[0021] 图2为二氯二茂锆和二氧化钛的吸收光谱图。

具体实施方式

[0022] 为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合优选实施方式对本发明作进一步的详细说明。应当指出的是，下述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

[0023] 下述实施例所使用的二氯二茂锆为本发明人公开的二乙胺法合成得到。

[0024] 光催化降解装置是用Ф170×500mm玻璃管制作，在玻璃管的中部用玻璃板将玻璃管分成上下两部分，上部放催化剂，并通入NO和干燥空气；下部被密封，不通气体。

[0025] 在光催化降解装置一端设置有NO进气口、干燥空气进气口和循环气体进气口，在NO进气口、干燥空气进气口上分别设置有气体流量控制器，用于控制NO和干燥空气的流速；在光催化降解装置另一端设置有循环气体出气口和尾气排放口，循环气体出气口和循环气体进气口通过循环管连接，尾气排放口上设置有阀门控制其开闭。在光催化降解装置上方设置有金属卤化物灯，为光催化降解装置提供光源。

[0026] 实施例1

[0027] 将二氯二茂锆100mg分散在50ml乙醇中，超声50min，搅拌1.5h，混合均匀后，转移到蒸发皿中，60-70℃蒸干溶剂。将蒸发皿置于光催化降解装置中，进行检测NO的光催化降解活性，调节NO的流速5mL/min、干燥空气流速1.5L/min，此时NO的浓度为600ppb，开启150W的金属卤化物灯，可见光光照循环降解NO，每降解1min打开尾气排放口阀门放出尾气，通过气相色谱法检测尾气中NO含量，由此绘制出图1(二氯二茂锆催化降解NO的降解率图)。从图1中我们可以看出，可见光光照循环降解时间为10min时，尾气中NO含量最低，NO的降解率达到最高，为65.8％；可见光光照循环降解时间在8-12min时，NO的降解率都较优。

[0028] 实施例2

[0029] 将二氯二茂锆100mg分散在50ml乙醇中，超声40min，搅拌1.5h，混合均匀后，转移到蒸发皿中，60-70℃蒸干溶剂。将蒸发皿置于光催化降解装置中，进行检测NO的光催化降解活性，调节NO的流速5mL/min、干燥空气流速1.5L/min，此时NO的浓度为600ppb，开启150W的金属卤化物灯，可见光光照循环降解时间10分钟后，打开尾气排放口阀门放出尾气，通过气相色谱法测得尾气中NO含量为326.4ppb，因此NO的降解率为45.6％。

[0030] 实施例3

[0031] 将二氯二茂锆100mg分散在50ml乙醇中，超声60min，搅拌1.5h，混合均匀后，转移到蒸发皿中，60-70℃蒸干溶剂。将蒸发皿置于光催化降解装置中，进行检测NO的光催化降解活性，调节NO的流速5mL/min、干燥空气流速1.5L/min，此时NO的浓度为600ppb，开启150W的金属卤化物灯，可见光光照循环降解时间10分钟，打开尾气排放口阀门放出尾气，通过气相色谱法测得尾气中NO含量为296.4ppb，因此NO的降解率为50.6％。

[0032] 实施例4

[0033] 将二氯二茂锆100mg分散在50ml乙醇中，超声50min，搅拌1.5h，混合均匀后，转移到蒸发皿中，60-70℃蒸干溶剂。将蒸发皿置于光催化降解装置中，进行检测NO的光催化降解活性，调节NO的流速2mL/min、干燥空气流速1.5L/min，此时NO的浓度为240ppb，开启150W的金属卤化物灯，可见光光照循环降解时间10分钟，打开尾气排放口阀门放出尾气，通过气相色谱法测得尾气中NO含量为118.3ppb，因此NO的降解率为50.7％。

[0034] 实施例5

[0035] 将二氯二茂锆100mg分散在50ml乙醇中，超声50min，搅拌1.5h，混合均匀后，转移到蒸发皿中，60-70℃蒸干溶剂。将蒸发皿置于光催化降解装置中，进行检测NO的光催化降解活性，调节NO的流速8mL/min、干燥空气流速1.5L/min，此时NO的浓度为960ppb，开启150W的金属卤化物灯，可见光光照循环降解时间10分钟，打开尾气排放口阀门放出尾气，通过气相色谱法测得尾气中NO含量为525.1ppb，因此NO的降解率为45.3％。

[0036] 实施例6

[0037] 将二氯二茂锆100mg分散在50ml乙醇中，超声50min，搅拌1.5h，混合均匀后，转移到蒸发皿中，60-70℃蒸干溶剂。将蒸发皿置于光催化降解装置中，进行检测NO的光催化降解活性，调节NO的流速10mL/min、干燥空气流速1.5L/min，此时NO的浓度为1120ppb，开启150W的金属卤化物灯，可见光光照循环降解时间10分钟，打开尾气排放口阀门放出尾气，通过气相色谱法测得尾气中NO含量为725.76ppb，因此NO的降解率为35.2％。

[0038] 实施例7

[0039] 将二氯二茂锆100mg分散在50ml乙醇中，超声50min，搅拌1.5h，混合均匀后，转移到蒸发皿中，60-70℃蒸干溶剂。将蒸发皿置于光催化降解装置中，进行检测NO的光催化降解活性，调节NO的流速5mL/min、干燥空气流速1.5L/min，此时NO的浓度为600ppb，开启150W的金属卤化物灯，可见光光照循环降解时间8分钟，打开尾气排放口阀门放出尾气，通过气相色谱法测得尾气中NO含量为330.6ppb，因此NO的降解率为44.9％。

[0040] 实施例8

[0041] 将二氯二茂锆100mg分散在50ml乙醇中，超声50min，搅拌1.5h，混合均匀后，转移到蒸发皿中，60-70℃蒸干溶剂。将蒸发皿置于光催化降解装置中，进行检测NO的光催化降解活性，调节NO的流速5mL/min、干燥空气流速1.5L/min，此时NO的浓度为600ppb，开启150W的金属卤化物灯，可见光光照循环降解时间12分钟，打开尾气排放口阀门放出尾气，通过气相色谱法测得尾气中NO含量为301.8ppb，因此NO的降解率为49.7％。

[0042] 对照例1

[0043] 现有文献中，采用TiO2作光催化剂，催化降解氮氧化物的步骤如下：

[0044] 将二氧化钛100mg分散在50ml乙醇中，超声，搅拌，混合均匀后，转移到蒸发皿中，蒸干溶剂。将蒸发皿置于光催化降解装置中，进行检测NO的光催化降解活性，调节NO的流速5mL/min、干燥空气流速1.5L/min，此时NO的浓度为600ppb，开启150W的金属卤化物灯，可见光光照循环降解时间10分钟，，打开尾气排放口阀门放出尾气，通过气相色谱法测尾气中NO含量来计算NO的降解率。该方法NO的降解率＜10％。

[0045] 由此可见，二氧化钛在可见光范围内催化活性很小。

[0046] 对照例2

[0047] 现有文献中，采用TiO2作光催化剂，采用离子掺杂，降低带能隙，下面以Fe3+为例催化降解氮氧化物的步骤如下：

[0048] 将二氧化钛100mg和FeCl350mg分散在50ml乙醇中，超声，搅拌，混合均匀后，转移到蒸发皿中，蒸干溶剂。将蒸发皿置于光催化降解装置中，进行检测NO的光催化降解活性，调节NO的流速5mL/min、干燥空气流速1.5L/min，此时NO的浓度为600ppb，开启光源为150W的金属卤化物灯，可见光光照循环降解时间10分钟，打开尾气排放口阀门放出尾气，通过气相色谱法测得尾气中NO含量为387.6ppb，因此NO的降解率为35.4％。

[0049] 从上述实施例和对照例可以看出，本发明方法在保证氮氧化物降解率的同时可直接在可见光照射下催化，提高了太阳能的利用率，避免了离子掺杂等工序，工艺更加简单，更有利于光催化降解氮氧化物的工业化实施。

标题	发布/更新时间	阅读量
活性能量射线固化性胶印油墨组合物及其印刷物	2020-05-08	901
一种纸包装用的防水处理装置及其使用方法	2020-05-11	587
一种陶瓷金属卤化物灯	2020-05-12	369
粘合剂用组合物	2020-05-11	17
食品及医疗封装用活性能量线硬化型涂布清漆及使用其的印刷物	2020-05-12	536
一种基于可见光辅助络合铁离子活化单过氧硫酸氢盐深度氧化处理有机废水的方法	2020-05-08	655
用于评估宝石的光学性质的设备和方法	2020-05-11	66
一种建筑施工用多功能照明装置	2020-05-08	585
一种双端陶瓷金属卤化物灯	2020-05-12	262
一种防爆双端陶瓷金属卤化物灯	2020-05-11	863

一种可见光催化降解氮氧化物的方法

一种可见光催化降解氮氧化物的方法

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：