CN101491770B - 具有可见光响应的碳酸锶-二氧化钛复合光催化剂及其制备方法 - Google Patents

具有可见光响应的碳酸锶-二氧化钛复合光催化剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有可见光响应的碳酸锶-二氧化钛复合光催化剂及其制备方法，属于无机纳米光催化材料领域。该催化剂由纳米碳酸锶和碳掺杂的二氧化钛组成。本发明制备的光催化剂在较宽的波长范围内具有光催化活性，能够在紫外光、可见光或自然光辐射下光分解净化处理有毒有害化学物质。

Description

具有可见光响应的碳酸锶-二氧化钛复合光催化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种光催化剂，特别是涉及一种具有可见光响应的光催化剂。
本发明还涉及上述催化剂的制备方法。
本发明还涉及上述催化剂的用途。
背景技术
自从1972年Fujishimaand Honda发现TiO2在光的辐射下可以分解水以来，TiO2的光催化性能研究备受瞩目。TiO2本身在高能量的紫外光辐射下，具有超好的分解有机物分子的活性，但它的禁带能隙较大(3.0-3.2eV)，在能量较低的可见光辐射下，分解效率远不如在紫外光辐射下的活性。因此，对于TiO2的参杂改性、缩短它的禁带宽度，提高它在可见光辐射下的活性备受研究者的青睐。主要包括非金属离子掺杂，如C、N、S和B掺杂等等；金属离子掺杂，如Ag和Nd掺杂等；和其它氧化物的组合，如Cu2O/TiO2、Bi2O3/TiO2、ZnMn2O4/TiO2和PbS/TiO2等。TiO2通过上面形式改性之后，不但能够有效地阻止光生电子进一步复合，从而大大提高光催化剂的活性，而且还可以将光催化反应向可见光区延伸，从而降低反应所需能量，充分利用自然界中大量存在的可见光。目前，文献报道的可见光敏感的半导体光催化剂已经很多，如Cu2O、Cu2S、In2O3、NiO、Bi2O3、ZnS、ZnO、ZnFeO3、CdS、SrBi2O4、BiWO6、Ag3VO4、CuGaO2、CdIn2S4、MNb2O6(M＝Mg，Ca，Sr，Ba，Ni)、MIn2O4(M＝Ca，Sr，Ba)等或者是它们的复合体和改性的产物。除了半导体光催化剂外，已发表的以碳酸盐作为光催化剂的文献目前还鲜为报道。
本发明以制备新型碳酸盐可见光催化材料为切入点，开发具有实用价值的可见光脱除有机分子环境污染物新型碳酸锶-二氧化钛复合光催化剂。
发明内容
本发明的意义在于提供一种具有可见光响应的光催化剂，这种碳酸盐光催化剂，既能有效的被可见光激发，又能保持良好的稳定性和较高的催化活性，同时制备工艺简单、成本低廉。
本发明提供的光催化剂是由碳酸锶和二氧化钛颗粒组成，其特征在于该催化剂是由碳酸锶与碳掺杂的二氧化钛按照一定摩尔比混合而成。锶离子和钛离子的摩尔比为1∶1，碳酸锶和二氧化钛粒子直径在5个纳米到10微米之间。
本发明的具有可见光响应的碳酸锶-二氧化钛复合光催化剂的制备方法如下：
将一定量的可溶性锶盐溶于50ml蒸馏水中配成一定浓度的锶离子溶液；将一定量的四氯化钛或钛酸四丁酯溶于50ml无水乙醇；保持锶离子与钛离子的摩尔比为1∶1，然后将上述两种溶液混合，剧烈搅拌10min使两种溶液充分混合；然后在30～90℃水浴中逐滴加入一定浓度的草酸水溶液，滴加完毕后，继续陈化15～180min；将产生的沉淀抽滤，依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤，然后120℃干燥3h得到草酸氧钛锶前体。最后将前体在空气中300～500℃焙烧1～6h得到最终催化剂。本发明的具有可见光响应的光催化剂可用于空气、废水、地表水及饮用水中的有机污染物和重金属离子的光催化处理。
在可见光辐射下降解亚甲基蓝的光催化活性测试具体方法和条件如下：
催化剂的光催化氧化活性是在自制的光催化反应器中进行。采用300W氙灯(λ＞420nm)为辐射光源，反应液为250mL 10mg·L-1的亚甲基蓝水溶液，催化剂加入量为1.0g。在剧烈的搅拌下每隔30min抽取少量反应液，在665nm处测定溶液吸光度。再根据亚甲基蓝的浓度-吸光度标准曲线确定溶液浓度。
具体实施方案
实施方案1
将0.1mol的硝酸锶溶于100ml蒸馏水中配成1mol/L的锶离子溶液；将0.1mol的钛酸四丁酯溶于100ml无水乙醇中配成1mol/L的钛酸四丁酯乙醇溶液；将上述两种溶液混合，剧烈搅拌10min；在60℃水浴下逐滴加入2mol/L草酸水溶液120ml，滴加完毕后继续陈化60min，将产生的沉淀抽滤，依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤，然后120℃干燥3h得到草酸氧钛锶前体。最后将前体在300℃焙烧3h，冷却后得到光催化剂。
实施方案2
将实施方案1中的前体在350℃焙烧6h，冷却后得到光催化剂。
实施方案3
将实施方案1中的前体在400℃焙烧6h，冷却后得到光催化剂。
实施方案4
将实施方案1中的前体在450℃焙烧6h，冷却后得到光催化剂。
实施方案5
将实施方案1中的前体在500℃焙烧6h，冷却后得到光催化剂。
本发明所制得的光催化剂可负载于载体上，本发明不限于以上实施方案。
对实施方案中所得光催化剂进行了可见光照射下的光催化反应测试，具体结果如表1。
表1碳酸锶-二氧化钛复合光催化剂的催化性能
样品编号   可见光辐射3h亚甲基蓝降解率
  实施方案1   33％
  实施方案2   51％
  实施方案3   79％
  实施方案4   98％
  实施方案5   81％

Claims (2)

1.一种可见光响应的碳酸锶—二氧化钛复合光催化剂，成分包括碳酸锶，其特征在于该光催化剂的成分还包括碳掺杂的二氧化钛，锶离子与钛离子的摩尔比为1∶1，碳酸锶和二氧化钛直径在5纳米到10微米之间。
2.如权利要求1所述的复合光催化剂的用途，用于空气、废水及饮用水中的有机污染物和重金属离子的光催化处理。
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