CN106378146A - 一种铒离子掺杂镍酸镧光催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铒离子掺杂镍酸镧光催化剂，所述光催化剂的通式为：La1‑xErxNiO3，其中，0.05≤x≤0.5。还公开了其制备方法和应用。本发明提供的一种铒离子掺杂镍酸镧光催化剂，是以镍酸镧为基体掺杂铒离子得到的，该光催化剂的纯度高，化学性质稳定，光催化活性高，安全无毒，回收性好,使用寿命长。粉体粒度大小均匀、颗粒形状规则。本发明光催化剂的制备方法，工艺简单，煅烧温度低，条件温和易控制，成本低，适合大规模生产。可用于工业废水中难溶有机物的降解处理中。
Description
技术领域
本发明涉及一种铒离子掺杂镍酸镧光催化剂及其制备方法和应用，具体属于光催化剂技术领域。
背景技术
光催化技术是一种新兴高效节能现代绿色环保技术，它是利用光辐射将污染物分解为无毒或毒性较低的物质的过程。在众多的光催化剂之中，TiO2以其催化性能优良、化学性能稳定、安全无毒、无副作用、使用寿命长等优点而被广泛使用。
研究光催化剂的另一条思路就是寻找新型光催化剂。比如层状钙钛矿型化合物等都是近年来新开发出的新型化合物。其中最具有代表性的是卤氧化铋系列的化合物，它们因为具有较高的光催化活性和稳定性，越来越受到人们的关注。但由于其制备困难，很难保证其构型的特殊性，所以并没有得到广泛应用。镍酸盐体系，其光催化活性较低。因此，研究一种制备方法简单，催化活性高的光催化剂显得尤为必要。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种铒离子掺杂镍酸镧光催化剂及其制备方法和应用，该催化剂催化活性高，制备方法简单，可以用于工业废水中难溶有机物的降解处理中。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种铒离子掺杂镍酸镧光催化剂，所述光催化剂的通式为：La1-xErxNiO3，其中，0.05≤x≤0.5，镍酸镧是钙钛矿型镍酸镧。
一种铒离子掺杂镍酸镧光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照通式中摩尔比称取镍的可溶性盐、镧的可溶性盐和饵的可溶性盐，溶于蒸馏水中，得到溶液A；
(2)在溶液A中缓慢加入氢氧化钠溶液，搅拌得到溶液B；随后将溶液B进行抽滤得到沉淀C；
(3)将沉淀C煅烧得到催化剂粉体。
前述铒离子掺杂镍酸镧光催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)按照通式中摩尔比称取镍的可溶性盐、镧的可溶性盐和饵的可溶性盐，溶于蒸馏水中，得到溶液A；
(2)在溶液A中缓慢加入浓度为1/300～1/500mol·mL-1的氢氧化钠溶液，搅拌1～2h得到溶液B；随后将溶液B进行抽滤得到沉淀C；
(3)将沉淀C置于马弗炉中，在700℃～850℃下煅烧3～6h，得到催化剂粉体。
前述铒离子掺杂镍酸镧光催化剂的制备方法，步骤(1)中，蒸馏水的用量以能够溶解镍的可溶性盐、镧的可溶性盐和饵的可溶性盐即可，优选地，蒸馏水的用量为镍的可溶性盐、镧的可溶性盐和饵的可溶性盐总摩尔量的20～40倍。
前述铒离子掺杂镍酸镧光催化剂的制备方法，步骤(1)中，镍的可溶性盐、镧的可溶性盐和饵的可溶性盐均为硝酸盐、碳酸盐或醋酸盐中的一种或几种。
前述铒离子掺杂镍酸镧光催化剂的制备方法，步骤(2)中，氢氧化钠溶液的用量为：氢氧化钠摩尔量︰镍的可溶性盐和镧的可溶性盐总摩尔量＝5～10︰1。
前述铒离子掺杂镍酸镧光催化剂的制备方法，步骤(2)中，搅拌为磁力搅拌或机械搅拌。
一种铒离子掺杂镍酸镧光催化剂在工业废水中难溶有机物的降解处理中的应用。
本发明的铒离子掺杂镍酸镧光催化剂的XRD图如图1所示。使用DX2500型X射线衍射仪对纯LaNiO3和不同Er3+掺杂比例样品进行了测试，扫描速度为0.04°/min，2θ范围为10～90°。测试结果(见图1)显示纯LaNiO3在800℃为三方晶系，空间群为R，纯LaNiO3样品晶胞参数为：纯LaNiO3在900℃为六方晶系，空间群为I，纯LaNiO3样品晶胞参数为：由图1可知，掺杂前后的晶型并未改变，均为钙钛矿型。
图2是本发明的光催化剂粉体的SEM图。由图中可知，本发明制备的光催化剂粉体，粉体粒度大小均匀，颗粒形状规则。颗粒大小为100nm～150nm。
使用紫外分光光度计对本发明的光催化剂粉体进行测试，结果表明，铒离子掺杂量为10％(最终得到的通式化合物中铒离子的摩尔百分含量为10％)，在800℃下煅烧制备的粉体，催化效果最好。
用本发明的光催化剂进行罗丹明B和亚甲基蓝的光降解实验，如图3和图4所示。图3是添加/未添加本发明光催化剂(800℃下煅烧、饵离子掺杂量为10％条件下)时，罗丹明B催化降解效果图。图4是添加/未添加本发明光催化剂(在800℃下煅烧、铒离子掺杂量为10％条件下)时，亚甲基蓝的催化降解效果图。从图3和图4可知，本发明催化剂对罗丹明B和亚甲基蓝都具有一定降解效果，其中，对罗丹明B的降解作用相对较小，而对亚甲基蓝的降解具有较好效果。
将本发明的催化剂用于光降解实验中，实验前后催化剂的质量未发生变化。图5是本发明的光催化剂进行催化光降解实验前、后的XRD图。由图5中可知，实验过程中，本发明催化剂的晶型未发生改变，表明本发明催化剂化学性质稳定。
本发明的有益之处在于：本发明提供的一种铒离子掺杂镍酸镧光催化剂，是以镍酸镧为基体掺杂铒离子得到的，该光催化剂的纯度高，化学性质稳定，光催化活性高，安全无毒、回收性好，使用寿命长。粉体粒度大小均匀、颗粒形状规则。本发明光催化剂的制备方法，工艺简单，煅烧温度低，条件温和易控制，成本低，适合大规模生产。可用于工业废水中难溶有机物的降解处理中。
附图说明
图1是本发明的铒离子掺杂镍酸镧光催化剂的XRD图；
图2是本发明的光催化剂粉体的SEM图；
图3是800℃下铒离子掺杂量为10％时的光催化剂对罗丹明B的催化降解效果图；
图4是800℃下铒离子掺杂量为10％时的光催化剂对亚甲基蓝的催化降解效果图；
图5是本发明的光催化剂进行催化光降解实验前、后的XRD图；
图中附图标记的含义：图1：a-镍酸镧标准卡,b-本发明的光催化剂粉体；图3～图4:1-未加入本发明催化剂，2-加入本发明催化剂；图5:a-催化光降解实验前，b-催化光降解20min后，c-催化光降解40min后，d-催化光降解60min后。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步的介绍。
所有试剂均为市售产品，分析纯。
实施例1
一种铒离子掺杂镍酸镧光催化剂，其通式为：La1-xErxNiO3，其中，x＝0.05，镍酸镧是钙钛矿型镍酸镧。
一种铒离子掺杂镍酸镧光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照通式中摩尔比称取硝酸镍、碳酸镧和醋酸饵，溶于蒸馏水中，得到溶液A；其中，蒸馏水的用量为硝酸镍、碳酸镧和醋酸饵总摩尔量的20倍；
(2)在溶液A中缓慢加入浓度为1/300mol·mL-1的氢氧化钠溶液，用磁力搅拌1h得到溶液B；随后将溶液B进行抽滤得到沉淀C；其中，氢氧化钠摩尔量︰硝酸镍和碳酸镧总摩尔量＝5︰1；
(3)将沉淀C置于马弗炉中，在700℃下煅烧6h，得到催化剂粉体。
实施例2
一种铒离子掺杂镍酸镧光催化剂，其通式为：La1-xErxNiO3，其中，x＝0.5，镍酸镧是钙钛矿型镍酸镧。
一种铒离子掺杂镍酸镧光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照通式中摩尔比称取碳酸镍、醋酸镧和硝酸饵，溶于蒸馏水中，得到溶液A；其中，蒸馏水的用量为碳酸镍、醋酸镧和硝酸饵总摩尔量的40倍；
(2)在溶液A中缓慢加入浓度为1/500mol·mL-1的氢氧化钠溶液，用机械搅拌2h得到溶液B；随后将溶液B进行抽滤得到沉淀C；其中，氢氧化钠摩尔量︰碳酸镍和醋酸镧总摩尔量＝10︰1；
(3)将沉淀C置于马弗炉中，在850℃下煅烧3h，得到催化剂粉体。
实施例3
一种铒离子掺杂镍酸镧光催化剂，其通式为：La1-xErxNiO3，其中，x＝0.1，镍酸镧是钙钛矿型镍酸镧。
一种铒离子掺杂镍酸镧光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照通式中摩尔比称取醋酸镍、硝酸镧和碳酸饵，溶于蒸馏水中，得到溶液A；其中，蒸馏水的用量为醋酸镍、硝酸镧和碳酸饵总摩尔量的30倍；
(2)在溶液A中缓慢加入浓度为1/400mol·mL-1的氢氧化钠溶液，用磁力搅拌1.5h得到溶液B；随后将溶液B进行抽滤得到沉淀C；其中，氢氧化钠摩尔量︰醋酸镍和硝酸镧总摩尔量＝6︰1；
(3)将沉淀C置于马弗炉中，在750℃下煅烧5h，得到催化剂粉体。
实施例4
一种铒离子掺杂镍酸镧光催化剂，其通式为：La1-xErxNiO3，其中，x＝0.08，镍酸镧是钙钛矿型镍酸镧。
一种铒离子掺杂镍酸镧光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照通式中摩尔比称取镍的可溶性盐、镧的可溶性盐和饵的可溶性盐，溶于蒸馏水中，得到溶液A；其中，蒸馏水的用量以能够溶解镍的可溶性盐、镧的可溶性盐和饵的可溶性盐即可；镍的可溶性盐为硝酸镍和碳酸镍，镧的可溶性盐为碳酸镧和醋酸镧，饵的可溶性盐为硝酸饵和醋酸饵。
(2)在溶液A中缓慢加入浓度为1/450mol·mL-1的氢氧化钠溶液，用机械搅拌1.8h得到溶液B；随后将溶液B进行抽滤得到沉淀C；其中，氢氧化钠摩尔量︰镍的可溶性盐和镧的可溶性盐总摩尔量＝8︰1；
(3)将沉淀C置于马弗炉中，在800℃下煅烧4h，得到催化剂粉体。
实施例5
一种铒离子掺杂镍酸镧光催化剂，其通式为：La1-xErxNiO3，其中，x＝0.2，镍酸镧是钙钛矿型镍酸镧。
一种铒离子掺杂镍酸镧光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照通式中摩尔比称取镍的可溶性盐、镧的可溶性盐和饵的可溶性盐，溶于蒸馏水中，得到溶液A；其中，蒸馏水的用量为镍的可溶性盐、镧的可溶性盐和饵的可溶性盐总摩尔量的35倍；镍的可溶性盐为硝酸镍和醋酸镍，镧的可溶性盐为硝酸镧和碳酸镧，饵的可溶性盐为碳酸饵和醋酸饵。
(2)在溶液A中缓慢加入浓度为1/350mol·mL-1的氢氧化钠溶液，用机械搅拌1h得到溶液B；随后将溶液B进行抽滤得到沉淀C；其中，氢氧化钠摩尔量︰镍的可溶性盐和镧的可溶性盐总摩尔量＝7︰1；
(3)将沉淀C置于马弗炉中，在780℃下煅烧4.5h，得到催化剂粉体。
实施例6
一种铒离子掺杂镍酸镧光催化剂，其通式为：La1-xErxNiO3，其中，x＝0.4，镍酸镧是钙钛矿型镍酸镧。
一种铒离子掺杂镍酸镧光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照通式中摩尔比称取镍的可溶性盐、镧的可溶性盐和饵的可溶性盐，溶于蒸馏水中，得到溶液A；其中，蒸馏水的用量以能够溶解镍的可溶性盐、镧的可溶性盐和饵的可溶性盐即可；镍的可溶性盐为碳酸镍和醋酸镍，镧的可溶性盐为硝酸镧和醋酸镧，饵的可溶性盐为硝酸饵和碳酸饵。
(2)在溶液A中缓慢加入浓度为1/420mol·mL-1的氢氧化钠溶液，用磁力搅拌2h得到溶液B；随后将溶液B进行抽滤得到沉淀C；其中，氢氧化钠摩尔量︰镍的可溶性盐和镧的可溶性盐总摩尔量＝9︰1；
(3)将沉淀C置于马弗炉中，在820℃下煅烧3.5h，得到催化剂粉体。
实施例1-6中，镍的可溶性盐、镧的可溶性盐和饵的可溶性盐均可以采用硝酸盐、碳酸盐或醋酸盐中的一种或几种。
实施例1-6中铒离子掺杂镍酸镧光催化剂可在工业废水中难溶有机物的降解处理中的应用。
Claims (8)
1.一种铒离子掺杂镍酸镧光催化剂，其特征在于：所述光催化剂的通式为：La1- xErxNiO3，其中，0.05≤x≤0.5。
2.如权利要求1所述的铒离子掺杂镍酸镧光催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)按照通式中摩尔比称取镍的可溶性盐、镧的可溶性盐和饵的可溶性盐，溶于蒸馏水中，得到溶液A；
(2)在溶液A中缓慢加入氢氧化钠溶液，搅拌得到溶液B；随后将溶液B进行抽滤得到沉淀C；
(3)将沉淀C煅烧得到催化剂粉体。
3.根据权利要求2所述的铒离子掺杂镍酸镧光催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)按照通式中摩尔比称取镍的可溶性盐、镧的可溶性盐和饵的可溶性盐，溶于蒸馏水中，得到溶液A；
(2)在溶液A中缓慢加入浓度为1/300～1/500mol·mL-1的氢氧化钠溶液，搅拌1～2h得到溶液B；随后将溶液B进行抽滤得到沉淀C；
(3)将沉淀C置于马弗炉中，在700℃～850℃下煅烧3～6h，得到催化剂粉体。
4.根据权利要求2或3所述的铒离子掺杂镍酸镧光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，蒸馏水的用量为镍的可溶性盐、镧的可溶性盐和饵的可溶性盐总摩尔量的20～40倍。
5.根据权利要求2或3所述的铒离子掺杂镍酸镧光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，镍的可溶性盐、镧的可溶性盐和饵的可溶性盐均为硝酸盐、碳酸盐或醋酸盐中的一种或几种。
6.根据权利要求2或3所述的铒离子掺杂镍酸镧光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，氢氧化钠溶液的用量为：氢氧化钠摩尔量︰镍的可溶性盐和镧的可溶性盐总摩尔量＝5～10︰1。
7.根据权利要求2或3所述的铒离子掺杂镍酸镧光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，搅拌为磁力搅拌或机械搅拌。
8.如权利要求1所述的铒离子掺杂镍酸镧光催化剂在工业废水中难溶有机物的降解处理中的应用。
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