[发明专利]一种大比表面积铌酸盐光催化剂的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及可见光催化活性材料领域，具体涉及一种大比表面积铌酸盐光催化剂的制备方法及应用。

背景技术

光催化分解水、降解有害物质和CO₂转换技术具有重大的应用价值，受到人们极大的关注。光催化研究热点之一是提高光催化效率。在已经报道的提高光催化效率的方法中，提高材料的比表面积可显著提高性能。大比表面积的催化剂在单位质量的前提下具有大的表面积，可提供大量的催化反应点，从而可大大提高催化反应的速度。

目前提高材料的比表面积，人们常用的是将光催化材料制备成纳米材料(纳米化)，而纳米材料由于颗粒尺寸小，容易进入人体，不易排出，影响人体细胞正常功能，因而具有生理毒性。

而目前兴起的多孔材料也可以提供大的比表面积，且多孔材料整体是宏观大颗粒材料，不存在纳米生理毒性问题，因此对人体更加安全，大颗粒的多孔材料还易于固定和回收，实际应用十分方便，多孔的光催化材料也可以表现出高的光催化活性。目前被研究的高效的可见光响应的光催化材料中很大一部分是多元金属氧化物材料，这些光催化材料还没有被介孔化，其主要原因是其介孔结构的获得十分困难。如果能将这些多元金属氧化物光催化材料赋予介孔结构，对提高光催化材料的效率和促进其实用化有重要的意义。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种大比表面积铌酸盐光催化剂的制备方法及在降解小分子有机物中的应用，该方法制备出的铌酸盐光催化剂具有高的比表面积，达10-200m²g^-1，并且颗粒间形成孔结构，孔径在1-22nm，且制备方法简单，条件温和，所需设备简单，有很好的工业化生产前景，所获得的铌酸盐光催化剂在420nm以上浓度的可见光照时可降解2-丙醇至丙酮和二氧化碳。

本发明采用的技术方案为：

一种大比表面积铌酸盐光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

1)将Pb化合物溶解在溶剂A中，将Nb化合物溶解在溶剂B中，将两种溶液混合得混合液C；

2)将表面活性剂加入到混合液C中完全溶解得混合液D；

3)将混合液D在40-200℃温度下蒸干得到固体粉末E，将固体粉末E在300-1000℃下焙烧90-300分钟后得目标产物。

所述的制备方法，所述步骤1)中将Pb化合物溶解在溶剂A中,Pb化合物为PbO，Pb(CH₃COO)₂或Pb(NO₃)₂；溶剂A为CH₃COOH或CH₃OH；Pb化合物的浓度为0.5-5mol/L。

所述的制备方法，所述步骤1)中将Nb化合物溶解在溶剂B中,Nb化合物为Nb(OC₂H₅)₅或NbCl₅；溶剂B为乙醇，异丙醇或丁醇；Nb化合物的浓度为0.5-5mol/L。

所述的制备方法，所述步骤1)中混合液C中Pb化合物与Nb化合物的物质的量比为0.5-3:1。

一种上述制备方法制备的大比表面积铌酸盐光催化剂在降解小分子有机物中的应用。

所述的应用，具体为，在420nm以上的可见光照射下，将大比表面积铌酸盐光催化剂放在含有异丙醇气体的密闭空间中，可将异丙醇气体降解为丙酮和二氧化碳气体。

本发明具有以下有益效果：

本发明首次对于具有高成核核密度性质的的一类多元金属氧化物铌酸铅材料利用溶胶-凝胶法和传统的表面活性剂获得较大的比表面积及高的光催化性能。克服了复合金属氧化物热稳定性不理想，高温煅烧往往会引起介孔塌陷，比表面积小，而低温却不能消除杂质，无法实现提高光催化效率的目的。

本发明大比表面积的铌酸盐光催化剂的制备方法所获得的铌酸铅材料一次晶粒尺寸为纳米级别，1-50nm。所获得的铌酸铅材料具有高的比表面积，达10-200m²g^-1，并且颗粒间形成孔结构，孔径在1-22nm。所获得的铌酸铅材料在420nm以上浓度的可见光照时可降解2-丙醇至丙酮，降解率高达9.94ppm min^-1。且该方法制备工艺并不复杂，所需设备也很简单，有很好的工业化生产前景。

附图说明

图1为实施例1制备的的在不同温度焙烧下大比表面积铌酸盐光催化剂Pb₃Nb₄O₁₃的TG-DTA测试图。