[发明专利]Ce3-xSbxTaO7-粉煤灰沸石复合多孔催化材料制备及应用

摘要

本发明采用蒸发诱导自组装法和爆轰法制备了粉末光催化材料Ce3‑xSbxTaO7(0.5≤x≤1)，粒径大小为0.04～0.40微米；采用脉冲激光溅射沉积法制备具有多孔纳米结构的复合催化材料Ce3‑xSbxTaO7(0.5≤x≤1)‑粉煤灰沸石；采用电泳法制备新型Ce3‑xSbxTaO7(0.5≤x≤1)光电极，光电转化效率为7.8％。在光催化剂应用中，以Ce3‑xSbxTaO7(0.5≤x≤1)和Ce3‑xSbxTaO7(0.5≤x≤1)‑粉煤灰沸石为催化剂通过光催化反应系统在可见光下降解废水中的有机污染物稻丰散、亚甲基兰和磺胺甲恶唑。此外采用Ce3‑xSbxTaO7(0.5≤x≤1)和Ce3‑xSbxTaO7(0.5≤x≤1)‑粉煤灰沸石为催化剂，或分别负载Pt、NiO和RuO2辅助催化剂，以氙灯或高压汞灯为光源，在密闭的由多个阀门控制的玻璃管路内部照明反应器内进行分解水制取氢气。本发明为环境净化和新能源的开发提供了一条理想的途径，具有显著的社会、经济和环境效益。

主权项

1.粉末催化材料，其特征是用如下的结构式Ce3‑xSbxTaO7，其中0.5≤x≤1，粉末的粒径为0.04‑0.50微米；粉末催化材料Ce3‑xSbxTaO7的制备方法采用蒸发诱导自组装法或采用爆轰法：(一)采用蒸发诱导自组装法制备介孔纳米粉末Ce3‑xSbxTaO7，其中0.5≤x≤1：a.制备所用试剂为Ce(NO3)3·6H2O，SbCl3，TaCl5，氨水，无水乙醇，共聚物P123即EO20PO70EO20，试剂分析等级都为分析纯级；b.以Ce3‑xSbxTaO7分子式中的Ce、Sb、Ta原子比(3‑x)∶x∶1，其中0.5≤x≤1，为Ce(NO3)3·6H2O、SbCl3和TaCl5的摩尔比，使用电子分析天平分别称取一定量的Ce(NO3)3·6H2O、SbCl3和TaCl5，然后溶解到25mL去离子水中；c.使用电子天平称取1.2g P123溶于25mL无水乙醇中，保持35℃～40℃，持续磁力搅拌，直至溶液变澄清后加入4.5mL氨水，升温到70℃～75℃至溶液再次变澄清；d.将25mL溶有Ce(NO3)3·6H2O、SbCl3和TaCl5的水溶液滴加到c步骤第二次澄清后的溶液中，恒温持续搅拌至溶液澄清后，逐渐降至室温，陈化40h，100℃烘干24h，制得前驱体；e.将干燥的前驱体，在球磨机中研磨，压制成片，放入高温烧结炉中烧制，升温条件如下：①由20℃升温至200℃，升温时间为30±10min；②由200℃升温至500℃，升温时间为40±10min；③由500℃升温至800℃，升温时间为40±10min；④在800℃保温180min～240min；等待炉温降至室温后，取出粉末压片研磨粉碎粒径为0.04‑0.20微米，制得Ce3‑xSbxTaO7粉末，其中0.5≤x≤1；(二)：采用爆轰法制备纳米粉末Ce3‑xSbxTaO7，其中0.5≤x≤1，a.制备所用试剂为Ce2O3，Sb2O3，Ta2O5，助燃剂尿素，炸药黑索金即C3H6N3(NO2)3，试剂分析等级都为分析纯级；b.以Ce3‑xSbxTaO7分子式中的Ce、Sb、Ta原子比(3‑x)∶x∶1，其中0.5≤x≤1，作为Ce2O3、Sb2O3和Ta2O5中Ce、Sb和Ta的摩尔比，使用电子分析天平分别称取一定质量的Ce2O3、Sb2O3、Ta2O5，分散于30mL去离子水中，超声15min，保证混合均匀，抽滤，截留物转入恒温箱于100℃维持一定时间30±5min，使含水量减少到一定程度取出；c.使用电子天平称量一定质量的尿素和黑索金，其质量比为1∶10，按先后顺序加入b步骤中含有一定水量的混合药品中，黑索金与b步骤中混合药品质量比为1∶1，缓慢搅拌混合均匀制成塑性混合炸药，将塑性混合炸药加入到3×3cm的药包中，雷管置于药包中心，用三根长度为13cm的吊线将药包悬挂于密闭钢制爆炸容器中心位置，接好雷管和导线，关闭泄压孔，然后将整个装置密封，用MFD‑100型发爆器引爆电雷管；d.爆轰反应结束后，沉积10min，开启球阀泄压至正常室内气压，待自然冷却至室温后，除去杂质雷管皮和炮线，收集爆轰产品Ce3‑xSbxTaO7前驱体，其中0.5≤x≤1；e.将除杂的Ce3‑xSbxTaO7前驱体，其中0.5≤x≤1，放入高温烧结炉中，于800℃焙烧2h，升温幅度为5℃/min，待炉温降至室温后，取出样品，研磨，制得Ce3‑xSbxTaO7纳米粉末，其中0.5≤x≤1；f.制备所用爆炸反应容器为球形，钢制，半径150mm，壁厚10mm，分上下两个半球，两半球经过螺栓连接，用耐高温金属橡胶密封圈封闭；上半球顶部设有开孔，直径为50mm，孔口与孔盖用螺栓连接，其中螺栓直径5mm，孔盖设有三个挂环，用于悬挂药品；右上部设有泄压孔，孔直径为10mm，爆轰时关闭，爆轰结束产物沉积完全后开孔泄压，上下半球可打开便于收集爆轰产物；底部设有支架增加稳定性；此装置可以根据反应药品量设计相应的体积，也可利用已有技术进行改进增加感温和感压设备，实现实时监控球体内温度和压力。