[發明專利]一種鎳摻雜的鐵酸鑭/粘土納米結構復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201610081085.X
• 申請日: 2016-02-05
• 公開（公告）號: CN105642299B
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 李霞章;朱偉;姚超;羅士平;左士祥;陸曉旺;吳鳳芹
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: B01J23/83
• 分類號: B01J23/83;B82Y30/00;B82Y40/00;B01D53/86;B01D53/56
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本發明屬于化工新領域，特別涉及到一種以粘土為載體、以鈣鈦礦型化合物納米顆粒為活性組分的納米材料，及其制備方法和在光耦合?SCR脫硝領域的應用。將硝酸鑭、硝酸鎳、硝酸鐵、檸檬酸、粘土加入到去離子水中攪拌，然后轉移到水浴鍋中蒸發得到濕凝膠，干燥、煅燒，烘干研磨即可。采用該復合材料作為催化劑進行光催化脫硝，與傳統的SCR脫硝相比，NH₃的用量減少，低溫下對NO的轉化效率提高。

技術領域

本發明屬于化工新領域，特別涉及到一種以粘土為載體、以鈣鈦礦型化合物納米顆粒為活性組分的納米材料，及其制備方法和在光耦合-SCR脫硝領域的應用。

背景技術

近年來氮氧化物的污染越來越嚴重，氮氧化物作為大氣的主要污染物之一，對人類的身體健康和生活環境造成了極大的危害，如呼吸道疾病、酸雨、光化學煙霧和固體顆粒物PM2.5等，因此，氮氧化物的污染防治變得尤為迫切。

氮氧化物的去除將是很嚴峻的挑戰，其中以NH₃為還原劑的選擇性催化還原技術(NH₃-SCR)被廣泛應用，由于普遍采用V₂O₅/TiO₂類催化劑，存在著工作溫度高，活性組分V₂O₅對生態環境和人體健康具有危害等缺點，因此開發環境友好的低溫型NH₃-SCR反應催化劑很有必要。利用光能催化降解污染物質作為新型的、具有潛力的脫硝技術，成為環境保護科學研究的一個熱點，近年來日本的Tanaka課題組報道了以TiO₂或改性的TiO₂為催化劑進行光-SCR脫硝的技術，但由于TiO₂的禁帶寬度較高，普遍需要高能量的紫外光，因此對太陽能中占絕大多數的可見光利用率較低。尋求具有可見光響應的光-SCR脫硝技術具有重要意義，目前這方面尚未見報道。

發明內容

為了解決光催化脫硝的技術問題，在可見光的照射下把NO最大程度的轉化成N₂，本發明提供了一種鎳摻雜的鐵酸鑭/粘土納米結構復合材料，該復合材料以粘土為載體，在粘土上負載鎳摻雜的鐵酸鑭，復合材料的組成用通式表示為：μ％LaFe_1-xNi_xO₃/Clay，

式中μ＝10～20，x＝0、0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3，Clay為粘土載體，可以為凹凸棒石，海泡石，埃洛石等，

鐵酸鑭(LaFeO₃)是一種典型的具有鈣鈦礦(ABO₃)結構的稀土復合金屬氧化物，由于具有較窄的禁帶寬度(2.1eV),對可見光具有較好的響應，而摻雜鎳的鐵酸鑭的禁帶寬度比鐵酸鑭更窄，從而擴大了對可見光響應范圍，提高了對太陽能的利用效率；

LaFeO₃由于是顆粒狀且易團聚，本發明利用具有豐富的表面基團的粘土負載可使活性組分在后期的催化過程中與氮氧化物充分地接觸；其次，粘土載體價格低廉，易于獲得，同時粘土中Mg、Al、Ca等離子的擴散能進入鈣鈦礦晶格增加雜質能級，增加光響應范圍，減少光生載流子的復合，有別于現有技術中針對無光響應的材料的摻雜；同時粘土中類分子篩的微孔結構利于氣體分子的傳輸，擴大了催化反應活性位點。

本發明還提供了一種上述鎳摻雜的鐵酸鑭/粘土納米結構復合材料的制備方法：具體工藝過程是：取硝酸鑭、硝酸鎳、硝酸鐵、檸檬酸、粘土加入到去離子水中攪拌，然后轉移到水浴鍋中蒸發得到濕凝膠，干燥，馬弗爐煅燒，烘干研磨即可，

其中，硝酸鑭和硝酸鐵的摩爾比在1:1～1:5之間，鎳摻雜的鐵酸鑭與粘土的質量比為1:5～1:8，

水浴溫度為70～90℃，水浴時間為16～24h，馬弗爐中煅燒溫度為550℃～600℃，