专利名称：光催化剂碱式碳酸镧及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明属于新型材料制备和光催化环境污染治理和光催化分解水制氢的技术领域，具体涉及光催化剂碱式碳酸镧(LaCO3OH)及其制备方法和应用。
背景技术：
随着能源危机和环境污染问题的日益严重，人类社会的可持续发展面临巨大挑战，如何有效地利用太阳能来治理污染和开发新能源己引起世界各国的广泛关注。近年来，半导体光催化技术因在氢能源开发和环境污染治理上的重要应用前景，而受到众多领域科学工作者的广泛关注，但由于传统的TiO2基光催化剂存在量子效率低和太阳能利用率低等缺点，制约了光催化技术的实际应用，因而新型高效光催化剂的成功开发设计是利用太阳能治理环境污染和开发氢能源的关键技术之一。
发明内容
本发明的目的在于提供光催化剂碱式碳酸镧(LaCO3OH)及其制备方法和应用，其制备方法简单，不需要复杂昂贵的设备、合成条件温和，有利于大规模推广。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案
本发明的光催化剂是碱式碳酸镧(LaCO3OH),应用于光催化降解有机污染物和光催化分解水制氢。该光催化剂的制备方法为水热合成方法，具体步骤如下
碱式碳酸镧的制备将作为碳源的尿素(CO(NH2)2)或氢氧化钠和碳酸钠的混合物(Na0H/Na2C03)溶于去离子水、乙二醇或乙醇中的一种或两种的混合溶剂中制得浓度为
0.1"1 mol/L的碳源溶液；将作为镧源的化合物固体氧化镧、硝酸镧或醋酸镧中的一种溶于去离子水、乙二醇或乙醇中的一种或两种的混合溶剂中制得浓度为0. OfO. I mol/L的镧源溶液；在镧源溶液中边搅拌边滴加碳源溶液，继续搅拌3(Tl80分钟，移入高压反应釜中9(T180°C恒温反应12 24小时，自然冷却至室温，沉淀分别用水和乙醇洗涤离心数次(至离子浓度〈10ppm)，4(Tl2(rC干燥6 24小时研磨，得到白色的碱式碳酸镧粉末，粒径为20、0nm;所述的碳源与镧源的物质的量之比为I : I 10 : I ;所述的搅拌是磁力搅拌，搅拌速度为 400 1000 rad/min。本发明的显著优点在于
(I)本发明首次将碱式碳酸镧应用于光催化领域，是一种新型的光解水制氢及降解有机污染物的光催化剂，能有效地进行光催化反应。(2)本发明的制备方法简单易行，有利于大规模的推广。
图I是本发明的LaCO3OH的X射线衍射(XRD )图。图2是本发明的LaCO3OH作为催化剂光解水制氢的情况。
图3是本发明的LaCO3OH作为催化剂光催化降解水中甲基橙的情况。
具体实施例方式本发明的光催化剂是碱式碳酸镧，应用于光解水制氢和光催化降解有机污染物。该光催化剂的制备方法为水热法
具体步骤如下将作为碳源的碱性固体尿素或氢氧化钠和碳酸钠的混合物溶于去离子水、乙二醇或乙醇中的一种或两种的混合溶剂中制得浓度为0. ri mol/L的碳源溶液；将作为镧源的化合物固体氧化镧、硝酸镧或醋酸镧中的一种溶于去离子水、乙二醇或乙醇中的一种或两种的混合溶剂中制得浓度为0. oro. I mol/L的镧源溶液；在镧源溶液中边搅拌边滴加碳源溶液，继续搅拌30 180分钟，移入高压反应釜中9(Tl80°C恒温反应12 24小时，自然冷却至室温，沉淀分别用水和乙醇洗涤离心数次(至离子浓度〈10ppm)，4(Tl2(rC干 燥6 24小时得到白色的碱式碳酸镧粉末，粒径为20、0 nm ;所述的碳源与镧源的物质的量之比为I : I 10 : I ;所述的搅拌是磁力搅拌,搅拌速度为400 1000 rad/min。实施例I，LaCO3OH催化剂的制备
称取0.006 mo I CO(NH2)2固体溶于40 mL水-醇混合溶剂(V水Vill =35:5)中制得尿素溶液；称取0. 001 mo I La(NO3)3 *6H20固体溶于35 mL去离子水中制得硝酸镧溶液，往硝酸镧溶液中边搅拌边滴加配好的尿素溶液，继续搅拌30分钟，将混合液移入高压反应釜中，在90°C下恒温24小时，自然降温至室温，将所得沉淀离心、洗涤、40 1常压干燥24小时研磨，得白色的LaCO3OH粉末。实施例2，LaCO3OH催化剂的制备
称取0.006 mo I CO(NH2)2固体溶于55 mL水-醇混合溶剂(V* =Vie =35:20)中制得尿素溶液；称取0. 001 mo I La(NO3)3 *6H20固体溶于35 mL去离子水中制得硝酸镧溶液，往硝酸镧溶液中边搅拌边滴加配好的尿素溶液，继续搅拌180分钟，将混合液移入高压反应釜中，在180°C下恒温12小时，自然降温至室温，将所得沉淀离心、洗涤、120 1常压干燥12小时研磨，得白色的LaCO3OH粉末。实施例3，LaCO3OH催化剂的制备
称取0. 006 mo I CO(NH2)2固体溶于45 mL水-醇混合溶剂(V水Vie=35:10)中制得尿素溶液；称取0. 001 mo I La(NO3)3 *6H20固体溶于35 mL去离子水中制得硝酸镧溶液，往硝酸镧溶液中边搅拌边滴加配好的尿素溶液，继续搅拌60分钟，将混合液移入高压反应釜中，在120°C下恒温24小时，自然降温至室温，将所得沉淀离心、洗涤、60 1常压干燥24小时研磨，得白色的LaCO3OH粉末。图I展示了本发明的新型光催化剂LaCO3OH的X射线衍射(XRD)图，从图中可以发现制备的LaCO3OH为纯相，其对应的是斜方晶相的LaCO3OH (JCPDS:49-0981)，样品晶粒大小约为59. 3 nm。实施例4，新型光催化剂LaCO3OH光催化分解水制氢
光解水制氢的反应是在一个常压密封的循环体系中进行，反应器为一个体积为250 ml的圆柱形夹套反应器，中间的石英套管用于放置紫外光源，反应时通过夹套外的冷凝水维持反应温度在20° C左右。将实施例I制得的LaCO3OH粉末用作光催化剂分解水制氢，称取
100mg样品于反应器中，然后加入165 mL H2O,并通过磁力搅拌器搅拌均匀。反应前整个体系先用机械泵抽真空，然后充入高纯Ar，重复此过程3次，除尽体系中的空气。氩气充入完毕后，加入5ml的牺牲剂甲醇，打开搅拌器和气体循环泵，吸附平衡30 min后开灯。反应过程中的气相产物通过气体循环泵打入六通阀，由在线色谱检测分析。光解水产氢的情况如图2所示，从图上可以看出在开灯之后有氢气产生，并且随着光照时间的延长氢气的产量增大，当光照10小时，其产氢量约为152 V- mol,平均产氢速率约为15. 80 u mo I h S大于锐钛矿型TiO2在相同条件下的光催化效率，即产氢量45 ii mol，产氢速率4. 79 umol实施例5，新型光催化剂LaCO3OH光催化降解水中有机污染物
水中有机污染物的光催化降解反应是在自制的间歇式反应装置中进行，反应器由圆柱状石英反应管和管外均匀分布的四支紫外灯管(Philips，4W，254 nm)组成，通过磁力搅拌来维持溶液中光催化剂的悬浮状态。将实施例I制得的LaCO3OH粉末用作光催化剂降解水中的甲基橙(MO):在催化剂浓度是3. 3 g/L,甲基橙浓度是10 ppm，紫外光(入=254nm)照射下，每隔一定时间移取4. 0 mL反应液，经离心分离后，取上层清液进行紫外-可见吸收 光谱分析，根据样品特征吸收峰的吸光值来确定降解过程中其浓度变化。光催化降解甲基橙的情况如图3所示，从图中可以看出，在光照下LaCO3OH样品对MO的降解非常显著，光照180 min后MO的降解率达到88%，对比实验结果表明，在无光照和无催化剂存在时，MO的浓度都没有明显变化。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.光催化剂碱式碳酸镧，其特征在于所述的光催化剂碱式碳酸镧的化学式是LaCO3OH。
2.一种如权利要求I所述的光催化剂碱式碳酸镧的制备方法，其特征在于所述的制备方法为水热一步合成法。
3.根据权利要求2所述的光催化剂碱式碳酸镧的制备方法，其特征在于所述的制备方法的具体步骤如下将作为碳源的碱性固体溶于溶剂中制得碳源溶液；将作为镧源的化合物固体溶于溶剂中制得镧源溶液；在镧源溶液中边搅拌边滴加碳源溶液，继续搅拌30^180分钟，将混合液移入高压反应釜中9(T18(TC恒温12 24小时，所得沉淀用水和乙醇离心洗涤，至离子浓度〈lOppm，4(T120°C干燥6 24小时研磨，得到白色的碱式碳酸镧粉末。
4.根据权利要求3所述的光催化剂碱式碳酸镧的制备方法，其特征在于所述的碳源是尿素，或氢氧化钠和碳酸钠的混合物；所述的溶剂是去离子水、乙二醇、乙醇中的一种或两种的混合物；所述的镧源是氧化镧、硝酸镧、醋酸镧中的一种；所述的碳源溶液浓度为O.Γ1 mol/L，镧源溶液浓度为 O. θΓθ. I mol/L。
5.根据权利要求3所述的光催化剂碱式碳酸镧的制备方法，其特征在于所述的碳源与镧源的物质的量之比为I : I 10 : I。
6.根据权利要求3所述的光催化剂碱式碳酸镧的制备方法，其特征在于所述的搅拌是磁力搅拌，搅拌速度为400 1000 rad/min。
7.—种如权利要求I所述的光催化剂碱式碳酸镧或如权利要求2所述的方法制备的光催化剂碱式碳酸镧的应用，其特征在于所述的光催化剂碱式碳酸镧应用于光催化分解水制氢。
8.—种如权利要求I所述的光催化剂碱式碳酸镧或如权利要求2所述的方法制备的光催化剂碱式碳酸镧的应用，其特征在于所述的光催化剂碱式碳酸镧应用于光催化降解水中有机污染物。
全文摘要
本发明公开了光催化剂碱式碳酸镧(LaCO3OH)及其制备方法和应用，通过水热法制备的光催化剂碱式碳酸镧(LaCO3OH)应用于光催化分解水制氢和光催化降解环境中的有机污染物。这是首次将碱式碳酸镧(LaCO3OH)应用于光催化领域。本发明制备方法简单，不需要复杂昂贵的设备、合成条件温和，有利于大规模推广。
文档编号C02F1/32GK102671685SQ201210183818
公开日2012年9月19日 申请日期2012年6月6日 优先权日2012年6月6日
发明者付贤智, 刘平, 李朝晖, 王绪绪, 苏文悦, 解泉华, 陈旬 申请人:福州大学