CN103084211B - 一种基于多铌酸盐的光催化剂及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无机化学合成领域，具体涉及一种基于多铌酸盐的光催化剂及制备方法。本发明的材料由六铌酸钾、醋酸铜、氧化锗、氢氧化钠、乙二胺通过水热方法制备而成。本发明可用于亚甲基蓝及与其有相同生色基团的有机染料的降解，亚甲基蓝的脱色率可达99.7%，因此在工业染料废水的处理方面有重要的应用前景。

Description

一种基于多铌酸盐的光催化剂及制备方法
技术领域
本发明属于无机化学合成领域，具体涉及一种基于多铌酸盐的光催化剂及制备方法。
背景技术
20世纪以来，随着全球科技与经济快速发展，能源危机、全球变暖、物种灭绝等问题日益凸显。如何有效控制污染和消除各种化学污染物，成为关乎国民经济可持续发展的全球性难题。目前具有代表性的化学污染处理方法主要有物理吸附法、化学氧化法、微生物处理法和高温焚烧法。虽然这些方法各有优点，在环境的保护和治理方面起了重大作用，但是这些方法均不同程度地存在效率低、能耗高、使用范围窄、不能彻底将污染物分解和易产生二次污染等问题。光催化反应是光反应和催化反应的融合，是在光和催化剂同时作用下所进行的化学反应。光催化技术由于其清洁和可直接利用太阳能的特性，而成为理想的环境污染治理和清洁能源生产技术。因此，开发高效、低能耗、适用范围广和有深度氧化能力的光催化剂一直是环保技术追求的目标。
多酸（polyoxometalte, POM）是一类多核配合物，是无机化学研究领域中的一个重要研究分支。由于其结构的多样性以及优良的物理化学性质而在光学、催化、分子磁体及能量存储等领域被广泛应用。特别是在催化领域，由于多酸化合物同时具有氧化性和强Br?nsted酸性，使POM可在温和条件下实现快速可逆多电子氧化还原转移，同时POM的酸碱或氧化还原性可通过改变其组成在很大范围内进行调控。另外，POM本身毒性很小、无腐蚀易制备，而POM催化的有机化学反应副产物又很少，因而它们是一类环境友好型催化剂。因此，制备和研发在液相中稳定、可重复使用的多酸基光催化剂具有重大的理论意义和应用前景。目前，多酸光催化剂的研究主要集中在多钨酸盐和多钼酸盐的研究上，多铌酸盐（特别是杂多铌酸盐）的研究极少出现。
发明内容
本发明的目的在于探索一种基于多铌酸盐的光催化剂及制备方法。
本发明中制备的光催化剂的分子式为：Na4[Cu(en)2(H2O)2]5[Na6Ge8Nb32O108H8(OH)4]·39H2O，光催化活性中心是由十六核铌笼捕获四个锗金属中心而构筑的杂核锗铌酸盐簇{Ge4Nb16}。
本发明制备的含有十六核铌笼的锗铌酸盐化合物是首次合成的，该材料在紫外光照射下显示出良好的催化降解有机污染物活性，可循环使用。
本光催化剂的制备方法为：将K7HNb6O19·13H2O和氧化锗溶于蒸馏水中，随后加入铜的盐溶液，用氢氧化钠溶液调节上述溶液的pH值为9-12，随后向混合物中加入乙二胺。将上述溶液转移到反应釜中，将得到的混合溶液在160-170℃水热条件下反应，即得到紫色块状晶体，其中铌、锗、铜三种金属离子质量比为88:23:2。
本发明与现有技术相比，具有以下显著特点：
1.本发明提供了一种有别于传统多钨酸盐、多钼酸盐的夹心型多铌酸盐光催化剂，丰富了多酸光催化剂的品种。
 2.本催化剂对亚甲基蓝分子具有较快的光催化降解速率，根据本发明提供的思路，可制备和研发出更多种类的多铌酸盐光催化剂。
附图说明
图1多铌酸盐光催化剂分子结构图；
图2多铌酸盐光催化剂催化降解亚甲基蓝效果图。
具体实施方式
实施例1：以下实施中所用药品均为市售分析纯药品。
将0.137 g K7HNb6O19·13H2O和0.021 g氧化锗溶于4 mL蒸馏水中，向上述溶液中逐滴加入2 mL含有0.004 g醋酸铜的溶液，用1 M 氢氧化钠水溶液将上述溶液的pH值调节到9.50，随后向混合物中加入乙二胺溶液将上述反应体系的pH值调节到11.8，将上述溶液转移到23 mL反应釜中，于165℃条件下反应3天，自然冷却至室温后即可得到紫色块状晶体。
实施例2：将0.137 g K7HNb6O19·13H2O和0.021 g氧化锗溶于4 mL蒸馏水中，向上述溶液中逐滴加入2 mL含有0.0035 g氯化铜的溶液，用1 M 氢氧化钠水溶液将上述溶液的pH值调节到9.50，随后向混合物中加入乙二胺溶液将上述反应体系的pH值调节到12.0，将上述溶液转移到23 mL反应釜中，于170℃条件下反应3天，自然冷却至室温后即可得到紫色块状晶体。
实施例3：将0.137 g K7HNb6O19·13H2O和0.021 g氧化锗溶于4 mL蒸馏水中，向上述溶液中逐滴加入2 mL含有0.0038 g硝酸铜的溶液，用1 M 氢氧化钠水溶液将上述溶液的pH值调节到9.50，随后向混合物中加入乙二胺溶液将上述反应体系的pH值调节到12.5，将上述溶液转移到23 mL反应釜中，于160℃条件下反应3天，自然冷却至室温后即可得到紫色块状晶体。
实施例4：基于多铌酸盐的光催化剂的催化性能测试：
取多铌酸盐光催化剂10 mg分散于100 mL亚甲基蓝溶液中(4.0 ×10-4 mol.L-1)，并于黑暗条件下搅拌30分钟，以达到吸附解析平衡。使用125 W汞灯照射上述混合物，每隔一段时间吸取悬浊液上层清夜，使用紫外分光光度计检测染料在光照过程中吸收光谱的变化。经过60分钟照射后染料脱色率为99.72%。
催化剂循环使用3次后脱色率未见明显下降。 

Claims (2)

1.一种基于多铌酸盐的光催化剂的制备方法,其特征在于具体步骤如下：将0.137 g K7HNb6O19·13H2O和0.021 g氧化锗溶于4 mL蒸馏水中，向上述溶液中逐滴加入2 mL含有0.004 g醋酸铜的溶液，用1 M 氢氧化钠水溶液将上述溶液的pH值调节到9.50，随后向混合物中加入乙二胺溶液将上述反应体系的pH值调节到11.8，将上述溶液转移到23 mL反应釜中，于165℃条件下反应3天，自然冷却至室温后即可得到紫色块状晶体；
或将0.137 g K7HNb6O19·13H2O和0.021 g氧化锗溶于4 mL蒸馏水中，向上述溶液中逐滴加入2 mL含有0.0035 g氯化铜的溶液，用1 M 氢氧化钠水溶液将上述溶液的pH值调节到9.50，随后向混合物中加入乙二胺溶液将上述反应体系的pH值调节到12.0，将上述溶液转移到23 mL反应釜中，于170℃条件下反应3天，自然冷却至室温后即可得到紫色块状晶体；
或将0.137 g K7HNb6O19·13H2O和0.021 g氧化锗溶于4 mL蒸馏水中，向上述溶液中逐滴加入2 mL含有0.0038 g硝酸铜的溶液，用1 M 氢氧化钠水溶液将上述溶液的pH值调节到9.50，随后向混合物中加入乙二胺溶液将上述反应体系的pH值调节到12.5，将上述溶液转移到23 mL反应釜中，于160℃条件下反应3天，自然冷却至室温后即可得到紫色块状晶体。
2.根据权利要求1所述的方法制备的基于多铌酸盐的光催化剂，其特征在于：该催化剂能用于光催化降解水中的有机污染物。
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