CN113731397B - 一种光催化复合材料ZnO-KTaO3/K2Ta2O6及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光催化材料技术领域，具体公开了一种降解气态污染物的光催化复合材料ZnO‑KTaO3/K2Ta2O6及其制备方法与应用。制备方法包括如下步骤：将钽酸钾和锌盐加入去离子水中，水浴搅拌，烘干，得前驱体；将前驱体研磨，在惰性气体环境或空气环境下进行煅烧，自然冷却，得到一种降解气态污染物的光催化复合材料ZnO‑KTaO3/K2Ta2O6。利用本发明的方法制备的光催化复合材料ZnO‑KTaO3/K2Ta2O6复合形成异质结，有效地克服了电子和空穴的重组，从而提高光催化活性，有效降解气体污染物。
Description
技术领域
本发明属于光催化材料技术领域，具体涉及一种光催化复合材料ZnO-KTaO3/K2Ta2O6及其制备方法和应用。
背景技术
随着人类社会工业和经济的发展，能源和环境问题受到越来越多的关注，为了解决日益严重的能源短缺和环境污染问题，半导体光催化材料被广泛应用于降解环境污染物，具有无二次污染、可循环再生等特点。
氧化锌(ZnO)是一种新型的宽带隙半导体材料，具有很高的导电导热性能，有良好的化学稳定性和紫外吸收性能，可用于传感器，隐形材料，光催化等领域，是一种非常高效且有前景的光催化剂。相较于钙钛矿型的钽酸钾(KTaO3)，钙钛矿型和焦石绿型混合相的钽酸钾(KTaO3/K2Ta2O6)拥有更高的比表面积，更适合作为光催化材料。
氧化锌钽酸钾(ZnO-KTaO3/K2Ta2O6)复合形成异质结，可以克服电子和空穴的重组，可以有效地提高光催化活性。
发明内容
本发明的目的是提供一种降解气态污染物的光催化复合材料ZnO-KTaO3/K2Ta2O66及其制备方法，该方法简单、价格低廉、容易控制、有利于大规模生产。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种光催化复合材料ZnO- KTaO3/K2Ta2O6，制备方法包括如下步骤：
1)将钽酸钾和锌盐加入去离子水中，水浴搅拌1-2h，烘干，得前驱体；
2)将前驱体研磨，在惰性气体环境或空气环境下进行煅烧，然后自然冷却，得到光催化复合材料ZnO-KTaO3/K2Ta2O6。
优选地，上述的一种光催化复合材料ZnO-KTaO3/K2Ta2O6，步骤1)中，所述的钽酸钾是钙钛矿型钽酸钾(KTaO3)、焦绿石型钽酸钾(K2Ta2O6)或混合相钽酸钾 (KTaO3/K2Ta2O6)中的一种或多种。
优选地，上述的一种光催化复合材料ZnO-KTaO3/K2Ta2O6，步骤1)中，所述锌盐为二水合乙酸锌或六水合硝酸锌。
优选地，上述的一种光催化复合材料ZnO-KTaO3/K2Ta2O6，步骤1)中，按摩尔比，钽酸钾：锌盐＝1:0.8-1.2。
优选地，上述的一种光催化复合材料ZnO-KTaO3/K2Ta2O6，步骤1)中，所述的水浴搅拌，水浴温度为60-80℃，水浴时间为1-2h。
优选地，上述的一种光催化复合材料ZnO-KTaO3/K2Ta2O6，步骤2)中，所述煅烧，煅烧温度是400-600℃，煅烧时间为2-3h。
优选地，上述的一种光催化复合材料ZnO-KTaO3/K2Ta2O6，步骤2)中，所述惰性气体为氮气气体或氩气气体。
上述的任一种光催化复合材料ZnO-KTaO3/K2Ta2O6在低温催化降解气体污染物中的应用。
优选地，上述的应用，所述气体污染物为异丙醇。
优选地，上述的应用，方法如下：于密封反应容器中，加入上述的一种光催化复合材料 ZnO-KTaO3/K2Ta2O6，加入异丙醇，氙灯下催化降解气态污染物。
本发明的有益效果是：本发明利用钽酸钾和锌盐制备一种光催化降解气态污染物的复合材料ZnO-KTaO3/K2Ta2O6，构建出异质结，减少光生电子-空穴的复合，可以更有效降解气体污染物。
附图说明
图1为本发明实施例1-3制备的钽酸钾(KTaO3/K2Ta2O6)和光催化复合材料ZnO-KTaO3/K2Ta2O6的XRD图。
图2为本发明实施例1制备的光催化复合材料ZnO-KTaO3/K2Ta2O6降解异丙醇气体的活性对比图。
具体实施方式
实施例1光催化复合材料ZnO-KTaO3/K2Ta2O6
制备方法如下
1)将28g的氢氧化钾和4.42g的五氧化二钽溶于50ml的去离子中，水浴80℃磁力搅拌 1h后，放入聚四氟乙烯高压水热釜中180℃加热4h，再60℃烘干6h，研磨之后在空气环境下350℃煅烧2h，升温速率为5℃/min，然后自然冷却，得混合相(KTaO3/K2Ta2O6)钽酸钾光催化剂,记作样品1。
2)将2.68g混合相钽酸钾和2.98g六水合硝酸锌加入50ml去离子水中，80℃水浴搅拌 1-2h，100℃加热24h烘干，得前驱体；
3)将前驱体置于马弗炉中，在氮气气氛环境下，400℃煅烧2h，冷却到室温后进行研磨，得降解气态污染物的光催化复合材料ZnO-KTaO3/K2Ta2O6，记作样品A。
实施例2光催化复合材料ZnO-KTaO3/K2Ta2O6
制备方法如下
1)将28g的氢氧化钾和4.42g的五氧化二钽溶于50ml的去离子中，水浴80℃磁力搅拌 1h后，放入聚四氟乙烯高压水热釜中180℃加热4h，再60℃烘干6h，研磨之后在空气环境下350℃煅烧2h，升温速率为5℃/min，然后自然冷却，得混合相(KTaO3/K2Ta2O6)钽酸钾光催化剂,记作样品1。
2)将2.68g混合相钽酸钾和2.98g六水合硝酸锌加入50ml去离子水中，80℃水浴搅拌 1-2h，100℃加热24h烘干，得前驱体；
3)将前驱体置于马弗炉中，在氮气气氛环境下，500℃煅烧2h，冷却到室温后进行研磨，得降解气态污染物的光催化复合材料ZnO-KTaO3/K2Ta2O6，记作样品B。
实施例3光催化复合材料ZnO-KTaO3/K2Ta2O6
制备方法如下
1)将28g的氢氧化钾和4.42g的五氧化二钽溶于50ml的去离子中，水浴80℃磁力搅拌 1h后，放入聚四氟乙烯高压水热釜中180℃加热4h，再60℃烘干6h，研磨之后在空气环境下350℃煅烧2h，升温速率为5℃/min，然后自然冷却，得混合相(KTaO3/K2Ta2O6)钽酸钾光催化剂,记作样品1。
2)将2.68g混合相钽酸钾和2.98g六水合硝酸锌加入50ml去离子水中，80℃水浴搅拌 1-2h，100℃加热24h烘干，得前驱体；
3)将前驱体置于马弗炉中，在氮气气氛环境下，600℃煅烧2h，冷却到室温后进行研磨，得降解气态污染物的光催化复合材料ZnO-KTaO3/K2Ta2O6，记作样品C。
实施例4检测
图1为本发明实施例1-3制备的钽酸钾(KTaO3/K2Ta2O6)和光催化复合材料ZnO-KTaO3/K2Ta2O6的XRD图。由图1可见，在XRD谱图上同时存在ZnO和KTaO3/K2Ta2O6的衍射峰，说明光催化复合材料ZnO-KTaO3/K2Ta2O6制备成功。
实施例5应用
分别将实施例1-3制备的光催化复合材料ZnO-KTaO3/K2Ta2O6放于4cm2玻璃槽中，将载有光催化剂的玻璃槽分别放入内含一个大气压空气的224ml反应器中，最后向反应器中注入5ul异丙醇液体，用300W氙灯对反应器进行光照加热，10min之后开始计时，样品每隔20分钟抽取一针，进行测试。用FID检测器(GC1690，捷道科技有限公司)对生成的丙酮进行气相色谱分析。反应结束后，将反应器冷却至室温，收集催化剂进行进一步表征。
图2为实施例1-3制备的光催化复合材料ZnO-KTaO3/K2Ta2O6降解异丙醇气体的活性对图，可以看出所制备的光催化剂均可降解异丙醇，很明显，实施例2制备的光催化剂B具有最高的光催化活性，是实施例1制备的光催化剂A在120min中丙酮生成量的4.18倍左右，实施例3制备的光催化剂C在120min中丙酮生成量的4.81倍左右。制备的光催化复合材料ZnO-KTaO3/K2Ta2O6复合形成异质结，有效地克服了电子和空穴的重组，从而提高光催化活性。
Claims (8)
1.一种光催化复合材料ZnO-KTaO3/K2Ta2O6在低温催化降解异丙醇中的应用，其特征在于，所述的光催化复合材料ZnO-KTaO3/K2Ta2O6的制备方法包括如下步骤：
1）将钽酸钾和锌盐加入去离子水中，水浴搅拌1-2h，烘干，得前驱体；
2）将前驱体研磨，在惰性气体环境下进行煅烧，然后自然冷却，得到光催化复合材料ZnO-KTaO3/K2Ta2O6。
2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤1）中，所述的钽酸钾是钙钛矿型钽酸钾KTaO3、焦绿石型钽酸钾K2Ta2O6或混合相钽酸钾KTaO3/K2Ta2O6中的一种或多种。
3.如权利要求2所述的应用，其特征在于，步骤1）中，所述锌盐为二水合乙酸锌或六水合硝酸锌。
4.如权利要求3所述的应用，其特征在于，步骤1）中，按摩尔比，钽酸钾：锌盐=1:0.8-1.2。
5.如权利要求4所述的应用，其特征在于，步骤1）中，所述的水浴搅拌，水浴温度为60-80℃，水浴时间为1-2h。
6.如权利要求5所述的应用，其特征在于，步骤2）中，所述煅烧，煅烧温度是400-600℃，煅烧时间为2-3h。
7.如权利要求6所述的应用，其特征在于，步骤2）中，所述惰性气体为氮气或氩气。
8.如权利要求1所述的应用，其特征在于，方法如下：于密封反应容器中，加入光催化复合材料ZnO-KTaO3/K2Ta2O6，加入异丙醇，氙灯下催化降解气态污染物。
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| CN113731397A (zh) | 2021-12-03 |
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