[發明專利]一種鋯摻雜鈣鈦礦型光催化劑及其制備方法

無效

• 申請號: 201410178555.5
• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN103920482A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 陳亮;竇立爽;王廷春;董平軍;林暉;顏麗敏
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院
• 主分類號: B01J23/02
• 分類號: B01J23/02
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 王連君

技術領域

本發明涉及一種光催化劑，尤其涉及一種對鈣鈦礦進行摻雜鋯離子改性而得到的性能更高的光催化劑及其制備方法。

背景技術

工業廢水是指工業生產過程中產生的廢水、污水和廢液，其中含有隨水流失的工業生產用料、中間產物和產品以及生產過程中產生的污染物，如果不加以處理直接外排將會對自然環境造成極大的破壞。現代污水處理過程一般分為一、二、三級，三級處理是經二級處理后，為了從廢水中去除某種特定的污染物而補充增加的一項或幾項處理單元，目的在于廢水回收、復用，但是三級處理耗資較大，管理也較復雜，現在只有少數國家建成了一些污水三級處理廠。

目前，開發高效、節能、無二次污染的環境治理、環境保護新技術已受到人們的廣泛關注。在各類新技術中，光催化技術是最有前途的環境友好清潔新技術之一，它是利用光催化劑吸收光的能量分解有機物或分解水的過程。其機理是半導體價帶中的電子受光激發躍遷到導帶，在導帶中形成光生電子，在價帶中留下光生空穴。這些非平衡態的電子和空穴有極強的還原和氧化能力，當它們擴散到光催化劑的表面時，可將污染物氧化還原成無害的小分子，或將水分解成氫氣和氧氣。

在目前的光催化劑特別是非均相光催化中，鈣鈦礦型ABO3光催化劑在近十年來被認為是一種最具有發展前途的催化劑。鈣鈦礦型復合氧化物ABO3的禁帶較窄，可吸收可見光發生電子躍遷，表現出良好的光催化活性，可用于有機物的光催化降解。這類半導體粒子含有能帶結構，通常情況下是由一個充滿電子的低能價帶(VB)和一個空的高能導帶(CB)構成。其光催化原理是氧的2p軌道構成價帶，B位離子的3d軌道構成導帶，當受到能量大于兩者之間的能隙Eg的光照射后，價帶電子被激發躍遷到導帶,價帶和導帶上分別產生了光生空穴(h+)和光生電子(e-)，并在電場作用下分離并遷移到粒子表面，電子和空穴與水及溶解氧作用，產生高化學活性的HO·和HO2·等自由基，使表面吸附氧轉化為高活性的，進而與吸附在催化劑表面的染料分子發生氧化還原反，將其降解為無機小分子達到光催化作用。

但是，鈣鈦礦型ABO3光催化劑的催化性能還有待于進一步提高，特別是光催化過程中可見光利用率不高，一直是人們關注的問題。近年來，光催化劑用非金屬如碳、氮等元素的摻雜來提高光催化活性已經成為光催化領域的熱點之一。如Teruhisa等(Teruhisa?O?et?al，Appl?Catal?A：General，2005，288：74-79)利用硫脲與鈣鈦礦SrTiO3粉末機械混合后經500℃焙燒得到摻碳的SrTiO3，使催化劑的禁帶寬度減小，從而提高了光催化效率。然而采用機械混合煅燒法，摻雜過程不易控制，摻雜復重性較差，低分子的有機物易在煅燒過程中使碳流失，從而使碳摻雜后鈣鈦礦光催化性能的提高受到限制。

鄒文靜，韓暉等人在《鈣鈦礦型氧化物的制備及其催化活性評價》(“現代化工”，2010年)中公開了合成LaNiO₃的方法，并研究其對甲基橙的降解效果，結果表明，LaNiO₃對甲基橙的降解率為70％左右，降解率較低。

發明內容

針對現有技術的缺點，本發明的目的是提供一種制備方法簡單、在可見光下光催化活性高的鋯摻雜鈣鈦礦型光催化劑及其制備方法。

為實現上述目的，本發明提供的技術方案之一，是一種鋯摻雜鈣鈦礦型光催化劑，所述鈣鈦礦型結構為銳鈦礦相與金紅石相的混晶結構，分子式為ABO₃，其中A為Sr，B為Ti，所述摻雜的鋯離子為Zr⁴⁺。

優選地，以摩爾百分比計，鋯離子的摻雜量為8％，即SrTi_92％Zr_8％O₃。

本發明提供的技術方案之二，是一種鋯摻雜鈣鈦礦型光催化劑的制備方法，包括如下步驟：

(1)冰醋酸溶液的制備

將冰醋酸溶于去離子水中，攪拌均勻后，再加入濃度為1mol/L的硝酸鍶溶液；

(2)鈦酸丁酯-無水乙醇溶液的制備

將鈦酸丁酯溶于無水乙醇中，攪拌均勻，得到淡黃色的溶液；

(3)反應

將步驟(1)所得冰醋酸溶液加熱至50-60℃，邊攪拌邊加入步驟(2)所得鈦酸丁酯-無水乙醇溶液，滴加完畢，再加入濃度為0.1mol/L的硝酸鋯溶液，同時滴入乙二醇作溶液穩定劑，攪拌均勻，得淡黃色粘稠狀溶膠；

(4)干燥，煅燒