[發明專利]一種鉭摻雜氧化鋅納米粉末光催化劑,其制備方法及應用

無效

• 申請號: 200810021689.0
• 申請日: 2008-08-14
• 公開（公告）號: CN101433833A
• 公開（公告）日: 2009-05-20
• 發明（設計）人: 李愛東;孔繼周;翟海法;吳迪;閔乃本
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: B01J23/20
• 分類號: B01J23/20;B01J23/06;C02F1/30
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙）
• 代理人: 柏尚春

技術領域：

本發明涉及一種催化劑，具體是一種鉭摻雜氧化鋅納米粉末光催化劑，以及該催化劑的制備方法和應用。本發明適用于水中的有機污染物的光分解凈化處理，屬于光催化技術領域。?

背景技術：

半導體光催化氧化物在環境污染治理領域，能從環境中降解并除去廢氣廢水中的有毒有害化學污染物，特別是在處理工業有機廢水方面具有很大的應用空間。目前，光催化領域所采用的光催化劑多為n型半導體氧化物，如ZnO、TiO₂、Fe₂O₃等等。其中ZnO由于其性質穩定、安全無毒、價格低廉等優點而備受關注，具有廣闊的前景。但是ZnO催化效率還沒有達到工業應用水平，因此需要通過摻雜改性來提高其催化效率。一般來說，提高光催化材料性能的途徑主要有以下幾種：(1)顆粒細微納米化；(2)過渡金屬或金屬氧化物摻雜；(3)非金屬摻雜；(4)半導體復合技術；(5)表面負載；(6)表面光敏等等。通過上述技術改變其內部電子空穴遷移速率，提高納米氧化鋅的光催化活性，用于降解有害化學污染物。?

最近十幾年來，一系列鉭酸鹽成為光催化劑發展中異軍突起的新材料，例如，含堿金屬和堿土金屬的鉭酸鹽、稀土摻雜改性的鉭酸鹽都表現出突出的光催化活性。這些材料可利用光，特別是直接利用太陽能可見光部分，催化分解水制得氫氣和氧氣方面，取得了突破性進展，在太陽能發電、電池儲能、水處理領域具有重要和廣闊的應用前景。?

發明內容：

本發明的目的是提供一種光催化活性較強的新型鉭摻雜氧化鋅納米光催化劑，本發明工藝簡單，分散性好，便于規模化工業生產，且制備出來的光催化劑，具有較高的比表面積，在太陽光、紫外光或可見光下，表現出較高的光催化活性。此外本發明還提供了該光催化劑的制備方法及應用。?

本發明所述的鉭摻雜氧化鋅納米粉末光催化劑，其由以下方法(如圖1)制備而成，包括：?

1)將可溶性鋅鹽溶于去離子水中，形成0.1～0.5mol/L的鋅鹽溶液，?

2)加入適量的檸檬酸，檸檬酸與可溶性鋅鹽之間的摩爾比為(1～5)∶1，攪拌后，得到透明溶液A；?

3)取適量鉭前體溶液，該鉭前體溶液與鋅鹽溶液的摩爾關系式為Ta∶(Zn+Ta)＝0.05％～10％，加入適量乙二醇，乙二醇與檸檬酸的摩爾比為(2～4)∶1，形成溶液B；?

4)將上述溶液A和溶液B混合，在攪拌過程中加入PVP作為表面活性劑，并以硝酸作為催化劑，攪拌0.5～1小時，使反應體系混合均勻，得到透明溶液；?

5)將上述透明溶液在40～80℃加熱，蒸發溶劑至原質量的50～70％，再加入濃度為1.5×10^-3～7.0×10^-3g/mL的HPC作為分散劑，以乙酰丙酮作為穩定劑，攪拌后放置在空氣中，老化12～24小時后，再在90～180℃環境下，10～24小時烘干，形成深灰色多孔粉末前體；?

6)將粉末前體進行兩步退火處理，首先300～400℃預退火1.5～2.5小時，再600～800℃退火0.5～1.5小時，得到鉭摻雜氧化鋅納米粉末(淡黃色)樣品。?

上述步驟1)中可溶性鋅鹽為硫酸鋅、硝酸鋅、氯化鋅或者乙酸鋅，鋅鹽可以含或不含結晶水。?

上述步驟4)中硝酸與混合溶液的體積比為(1～2)∶100。?

上述步驟5)中乙酰丙酮與可溶性鋅鹽之間的摩爾比為(1～2)∶1。?

上述步驟1)中的鉭前體溶液的制備方法已獲得中國發明專利，專利號200410014962.9，名稱為“穩定的水溶性的鈮和鉭前體的制備方法及應用”，水溶性的鉭前體的合成路徑為：將五氧化鉭和氫氧化鉀或氫氧化鈉按摩爾比1∶(2-20)混合研磨均勻(堿過量)，放入剛玉坩堝，在400-550℃灼燒反應2-4小時，如450℃灼燒反應2.5-3小時，獲得五氧化鉭的氫氧化鉀或鈉的熔體。將熔體溶于去離子水，過濾后的清液，先加入適量醋酸，溶液中將產生白色的鉭酸沉淀，再調節PH值，使溶液呈酸性(PH＜4)，溶液中的鉭以鉭酸形式完全沉淀出來。過濾后，將白色沉淀用去離子水反復沖洗，以便去除殘余吸附的鉀離子或鈉離子。最后，將鉭酸沉淀加入適量的草酸(Oxalic?acid，0A)的水溶液，草酸和鉭離子的摩爾比在20-60，在60℃加熱攪拌條件下，鉭酸溶解于草酸，過濾后，獲得穩定的鉭的草酸鹽水溶液。溶液中鉭的含量可通過重量法或等離子耦合共振光?譜分析(ICP)標定。反應方程式如下：?