[发明专利]一种钽氧氮/泡沫镍光催化接触氧化膜的制备方法和应用

说明书

本发明属于光催化环境污染物治理领域，公开了一种钽氧氮/泡沫镍光催化接触氧化膜的制备方法和应用。以五氧化二钽为原料，置于管式炉中，在NH₃气氛中氮化，冷却获得钽氧氮。将钽氧氮粉体分散在丙酮中，加入碘单质，超声形成带电悬浮TaON粒子。用两片洗净后的泡沫镍分别作为电极正极和负极，在直流电压的作用下电沉积，干燥取出获得钽氧氮/泡沫镍光催化接触氧化膜。将其光催化处理品红溶液结果显示，担载量为60mg钽氧氮/泡沫镍接触氧化膜光催化活性最高。在72W白色LED光源照射5h后，能够将50mL、10mg/L品红溶液中约80％的品红降解。循环三次使用该光催化接触氧化膜降解品红，其活性并没有明显地下降。

技术领域

本发明属于光催化环境污染物净化技术领域，尤其涉及一种钽氧氮/泡沫镍光催化接触氧化膜的制备方法和在水体净化中的应用。

背景技术

光催化技术降解环境中的污染物，具有可望利用太阳能，反应条件温和，可以大规模推广应用，而受到广泛的关注。

目前所研发出的光催化剂，活性较高的主要为紫外光响应的TiO₂、ZnO、BiOCl等，然而紫外光响应的光催化材料光能的利用率较低。因此，亟需要开发可见光吸收的高效光催化材料。

近年来，TaON作为光催化材料，已经成为研究热点。TaON的带隙约2.3eV，最大可以吸收波长为550nm的光子。此外，TaON的导价带电位分别为-0.3V和2.1V，具有良好的氧化还原性能。然而TaON粉体应用在光催化水体净化中，存在易于团聚、流失，难以回收，循环使用稳定性低等问题，这些缺点极大地限制了TaON粉体光催化剂在环境污染物净化中的实际应用。

发明内容

为解决TaON粉体光催化剂易于团聚、流失，难以回收，循环使用稳定性低等缺点，本发明利用电沉积技术将TaON粉体固载在泡沫镍上，获得了一种新型高性能钽氧氮/泡沫镍光催化接触氧化膜。

一种钽氧氮/泡沫镍光催化接触氧化膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）称取1g Ta₂O₅放入氧化铝坩埚，将其置于管式炉中，以100-200mL/min的流量通入NH₃，并以10℃/min的升温速率将炉温加热至850-950℃，氮化2-4h后，冷却至室温，获得TaON粉体。

（2）将泡沫镍网剪成3cm×3cm方块，用2mol/L盐酸浸泡，超声10min，取出后用蒸馏水清洗三次至中性，烘干备用。

（3）称取100-200mg TaON粉体，放入50mL的烧杯中，并向其中加入5-15mg磨碎的碘单质和30-50mL丙酮，密封超声0.5h，形成带电悬浮TaON粒子。

（4）取两片备用的泡沫镍作为阴极和阳极，在12-15V直流电压的作用下，电沉积3-5min。将泡沫镍取出后，120℃烘干，得到担载量为30mg、40mg、50mg、60mg、70mg的钽氧氮/泡沫镍光催化接触氧化膜。

上述，所述步骤1）的NH₃流量优选为175mL/min，氮化温度是900℃，氮化时间是3h。

所述步骤3）中的碘单质优选为10mg,丙酮为40mL。

所述步骤4）中的直流电压优选为15V。

上述方法制备的钽氧氮/泡沫镍光催化接触氧化膜应用于染料废水处理。

具体用于降解品红染料废水，其具体方法为：配制50mL，10mg/L的品红水溶液，倒入100mL光催化反应器，并将其放入四周有4片白色LED光源板（18W/LED光源板×4=72W）的磁力搅拌器上，将制备好的TaON/泡沫镍悬浮于溶液上方，避光磁搅拌1h后，打开光源，进行光催化降解反应，每隔1h取4mL溶液，利用光度计测溶液吸光度，计算品红的降解率。