[发明专利]一种用于降解亚甲基蓝的催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于降解亚甲基蓝的催化剂及其制备方法和其在压电‑光催化降解亚甲基蓝染料废水中的应用。制备方法为：将NaOH、KOH溶于去离子水中，配成碱液，加入Nb₂O₅，在溶液加入添加剂，转移到水热釜发生水热反应；水热反应完成后，将聚四氟乙烯内胆中的沉淀物取出，洗涤；将沉淀物分散在乙醇中，置于烘箱中烘干即得催化剂粉末。本发明采用水热法，通过调控原料中氢氧化钾和氢氧化钠的化学计量比及合成时间成功合成了正八面体形貌的K_0.4Na_0.6NbO₃粉末，其能通过超声对其施加周期性机械力能够在材料内部产生内置电场，抑制光催化过程中光生载流子的复合，从而提高催化效率。

技术领域

本发明涉及一种用于有机染料废水降解的压电光催化剂，属于光催化技术领域。

背景技术

光催化技术能够将太阳能转化为化学能，是目前应对能源危机和环境污染的有效方法。对于造纸、纺织工业领域排放的大量有害的染料废水，光催化技术能够将有机染料分解为无害物质，比物理方法处理更为彻底，并且不会造成二次污染，因此成为染料废水降解的研究热点。目前限制光催化技术广泛应用的主要瓶颈是缺少高效、性质稳定的光催化剂，开发此类光催化剂就成为研究重点。而提升光催化剂性能的关键问题则是抑制光生载流子的复合和促进光生载流子的分离、扩散。对ZnO纳米线的研究证明了在压电半导体中，压电性能和光电性能的有效耦合能够改变电子传输特性，这种压电光电效应不仅在太阳能电池等光电器件中引起广泛关注，也为光催化领域开辟了新的方向，即利用压电效应在压电半导体中产生的压电电势来驱动光催化反应中光生电子-空穴对的分离。

NaNbO₃是一种压电半导体材料，具有稳定的化学性质和较高的载流子迁移率，在压电光催化领域具有良好的应用前景。已有研究证明了压电势能增强了铌酸钠悬浮液降解亚甲蓝的光催化活性，与同样具有压电光电效应的氧化锌相比，铌酸钠纳米结构对有机染料的光催化效率有很大提升。KNbO₃与NaNbO₃具有相似的结构和性质，也被作为压电光催化剂得到研究。反铁电体NaNbO₃能够与铁电体KNbO₃形成同样是钙钛矿结构的固溶体K_1-xNa_xNbO₃(KNN)，是具有更优良压电性能的体系，在取代含铅压电材料方面有很大发展潜力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种能用于降解亚甲基蓝的压电光催化剂。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于降解亚甲基蓝的催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)：将NaOH、KOH溶于去离子水中，配成碱液；

步骤2)：在碱液中加入Nb₂O₅进行搅拌；

步骤3)：在步骤2)得到的溶液加入添加剂增加反应粒子间的斥力，减少团聚；

步骤4)：将步骤3)得到的溶液转移到聚四氟乙烯内胆中，并放入水热釜外壳中拧紧，置于电热鼓风干燥箱中保温，发生水热反应；

步骤5)：水热反应完成后，将聚四氟乙烯内胆中的沉淀物取出，用去离子水、乙醇离心洗涤多次；

步骤6)：将步骤5)得到的沉淀物分散在乙醇中，置于烘箱中烘干即得催化剂粉末。

优选地，所述步骤1)中，NaOH、KOH的化学计量比为5:5-3:7，所配碱液的浓度为9-12mol/L。

优选地，所述步骤2)中，Nb₂O₅的加入量为8-15g/L。

优选地，所述步骤3)中，添加剂为聚乙二醇400、三乙醇胺、十二烷基苯磺酸钠和乙二胺四乙酸中的至少一种，添加量为1-5g/L。