CN102962078B - 一种可见光响应的光催化剂及其制备方法 - Google Patents

一种可见光响应的光催化剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可见光响应的光催化剂及其制备方法。将分析纯的硝酸银、氧化铜、五氧化二铌、五氧化二钽按照AgCuNb1-xTaxO4 (其中0≤x≤1)称量后放进高压釜中，以氢氧化钾为矿化剂，采用水热合成工艺获得了具有良好的可见光光催化特性的复合氧化物，该可见光响应的光催化剂在印染水中具有很高可见光的催化活性、良好的稳定性，并且可以回收重新利用。本发明设备简单、能耗低、易于推广。

Description

一种可见光响应的光催化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种可见光响应的复合氧化物光催化剂及其制备方法，属于无机光催化材料领域。
背景技术
光催化可实现太阳能到化学能的转化（如光催化分解水制氢），是获得新能源的一个重要途径。发展可有效吸收可见光（波长为400-700nm）的光催化材料是实现高效太阳能光催化转化的前提，然而多数光催化材料的可见光吸收低。目前很多比较稳定的光催化剂其禁带宽度都比较大，只能在紫外光区域响应，但是在太阳光中紫外光仅占３-４％，大量的是波长大于４00nm的可见光，因此传统的TiO2等光催化剂太阳光利用率低，同时在室内等弱光条件下其光催化性能很难发挥其效果。
方亮等公布了一种“可见光响应的复合氧化物光催化剂LiCuNb1-xTaxO4 ，(0≤x≤1)”（CN 102205246），这种光催化剂在可见光范围内具有很好的光催化特性，在印染废水的降解方面具有良好的使用价值。但是由于该光催化剂中含有碱金属锂，导致其容易水解。该光催化剂在试用过程中，开始的几个小时呈现出良好的光催化降解行为，随着时间的延长，光催化性能逐渐降低。经过成分和结构分析发现，其光催化性能的降低主要与锂离子的脱溶有关。采用其他碱金属离子对其进行取代，其稳定性未有较明显的改善。
考虑到氧化银也是一种很好的光催化材料，而银的氧化物的稳定性要远远高于锂的氧化物，因此可以通过银取代锂获得长寿命的可见光光催化剂。
发明内容
本发明的目的就是采用银取代“LiCuNb1-xTaxO4”中的锂，获得一种长寿命的可见光响应的光催化剂，增加其在印染废水中的稳定性。
本发明涉及的可见光响应的光催化剂的组成通式为：AgCuNb1-xTaxO4，其中0≤x≤1。
上述可见光响应的光催化剂的制备方法步骤为：
（1）将硝酸银、氧化铜、五氧化二铌和五氧化二钽按AgCuNb1-xTaxO4化学式称量配料，其中0≤x≤1；
 （2）将步骤（1）称量好的原料放进高压釜中，以氢氧化钾为矿化剂，硝酸银与氢氧化钾的物质的量比为0.06～0.6，按照63～93%的填充率往高压釜中加入相应体积的去离子水，调节原料的量，使氢氧化钾的浓度为2～10 mol/L，用玻璃棒缓慢搅拌使氢氧化钾溶解；
（3）把高压釜密封以后，放入井式炉或者烘箱中，以每分钟3～8摄氏度的升温速度升至110～220摄氏度，保温6～72小时，然后随炉冷却；
（4）把步骤（3）所得产物倒进容器，使用去离子水反复过滤洗涤，直至洗涤液成为中性，所得的粉体放入烘箱，在80～120摄氏度烘4～16小时。
所述硝酸银、氧化铜、五氧化二铌和五氧化二钽为分析纯。
本发明的有益效果是：采用银取代“LiCuNb1-xTaxO4”中的锂，由于银的存在不仅有效地增强了该催化剂的光催化性能，而且还大大提高了其在印染废水中的稳定性。延长了该光催化剂的使用寿命并且使其容易回收。采用了水热合成工艺制备了“AgCuNb1-xTaxO4，其中0≤x≤1”可见光光催化剂，不仅减小了能源消耗、保证了其正确的化学配比，而且更增加了其在水中的稳定性。所得到的催化剂可以直接应用于处理印染行业的废水。
具体实施方式
以下将通过实施例对本发明进行详细描述，这些实施例只是出于实例性说明的目的，而并非用于限定本发明；下述硝酸银、氧化铜、五氧化二铌和五氧化二钽为分析纯。
实施例1：
将硝酸银、氧化铜、五氧化二铌和五氧化二钽按照AgCuNb0.8Ta0.2O4称量后放进高压釜中，以氢氧化钾为矿化剂，硝酸银与氢氧化钾的物质的量比为0.1，按照80%的填充率往高压釜中加入相应体积的去离子水，调节原料的量，使氢氧化钾的浓度为3 mol/L，用玻璃棒缓慢搅拌使氢氧化钾溶解；把高压釜密封以后，放入井式炉中，以每分钟4摄氏度的升温速度升至180摄氏度，保温12小时，然后随炉冷却；取出并打开高压釜，把所得产物倒进容器，使用去离子水反复过滤洗涤，直至洗涤液成为中性，所得的粉体放入烘箱，在100摄氏度烘5小时。将干燥后的粉体加入模拟有机污染物中，模拟有机污染物由浓度为20mg/L的甲基橙配制而成，所制备的光催化剂的加入量为1g/L。反应器采用硼硅酸玻璃制作；光源为300瓦氙灯，经过滤波使420纳米以上波长的光到达反应器，反应时间为2小时。经过测试，该催化剂对甲基橙的去除率为99.6%. 对该产物重复实验50次，没有发现其光催化性能有明显降低。
实施例2：
将硝酸银、氧化铜、五氧化二铌和五氧化二钽按照AgCuNb0.1Ta0.9O4称量后放进高压釜中，以氢氧化钾为矿化剂，硝酸银与氢氧化钾的物质的量比为0.5，按照60%的填充率往高压釜中加入相应体积的去离子水，调节原料的量，使氢氧化钾的浓度为9 mol/L，用玻璃棒缓慢搅拌使氢氧化钾溶解；把高压釜密封以后，放入烘箱中，以每分钟7摄氏度的升温速度升至200摄氏度，保温70小时，然后随炉冷却；取出并打开高压釜，把所得产物倒进容器，使用去离子水反复过滤洗涤，直至洗涤液成为中性，所得的粉体放入烘箱，在80摄氏度烘4小时。将干燥后的粉体加入模拟有机污染物中，模拟有机污染物由浓度为20mg/L的甲基橙配制而成，所制备的光催化剂的加入量为1g/L。反应器采用硼硅酸玻璃制作；光源为300瓦氙灯，经过滤波使420纳米以上波长的光到达反应器，反应时间为2小时。经过测试，该催化剂对甲基橙的去除率为89.1%. 该催化剂可以通过过滤的方式完全回收，并且可以重新利用，光催化性能未见明显地降低。
实施例3：
将硝酸银、氧化铜、五氧化二铌和五氧化二钽按照AgCuNb0.5Ta0.5O4称量后放进高压釜中，以氢氧化钾为矿化剂，硝酸银与氢氧化钾的物质的量比为0.08，按照86%的填充率往高压釜中加入相应体积的去离子水，调节原料的量，使氢氧化钾的浓度为7 mol/L，用玻璃棒缓慢搅拌使氢氧化钾溶解；把高压釜密封以后，放入井式炉中，以每分钟4摄氏度的升温速度升至130摄氏度，保温8小时，然后随炉冷却；取出并打开高压釜，把所得产物倒进容器，使用去离子水反复过滤洗涤，直至洗涤液成为中性，所得的粉体放入烘箱，在90摄氏度烘15小时。将干燥后的粉体加入模拟有机污染物中，模拟有机污染物由浓度为20mg/L的甲基橙配制而成，所制备的光催化剂的加入量为1g/L。反应器采用硼硅酸玻璃制作；光源为300瓦氙灯，经过滤波使420纳米以上波长的光到达反应器，反应时间为2小时。经过测试，该催化剂对甲基橙的去除率为93.4%. 对该产物重复实验50次，没有发现其光催化性能有明显降低。

Claims (1)

1.一种可见光响应的光催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：（1）将硝酸银、氧化铜、五氧化二铌和五氧化二钽按AgCuNb1-xTaxO4化学式称量配料，其中0≤x≤1；
（2）将步骤（1）称量好的原料放进高压釜中，以氢氧化钾为矿化剂，硝酸银与氢氧化钾的物质的量比为0.06～0.6，按照63～93%的填充率往高压釜中加入相应体积的去离子水，调节原料的量，使氢氧化钾的浓度为2～10 mol/L，用玻璃棒缓慢搅拌使氢氧化钾溶解；
（3）把高压釜密封以后，放入井式炉或者烘箱中，以每分钟3～8摄氏度的升温速度升至110～220摄氏度，保温6～72小时，然后随炉冷却；
（4）把步骤（3）所得产物倒进容器，使用去离子水反复过滤洗涤，直至洗涤液成为中性，所得的粉体放入烘箱，在80～120摄氏度烘4～16小时；
所述硝酸银、氧化铜、五氧化二铌和五氧化二钽为分析纯。
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