一种具有光催化性能的十七水·二质子化水合硼钒酸镍钾及其制备的制作方法

本发明属光催化性能材料技术领域。具体涉及一种具有光催化性能的十七水·二质子化水合硼钒酸镍钾及其制备方法。

背景技术：

随着中国成为全世界发展最快的大型经济体，各类工业排放的众多废水也随之增加，其中染料废水排放量占工业废水排放总量的35％。染料废水毒性大、色度深、难降解、组分复杂以及水质变化大，进入水体后，破坏水生态平衡，危及鱼类和其它水生生物的生存，并且染料的抗光解、抗氧化、抗生物降解能力越来越强，用常规的方法难以治理,对人类健康和生态系统构成长期威胁。

长期以来，对于染料废水光催化降解研究，主要集中在二氧化钛、氧化锌、硫化镉等光催化剂上，其中含硫类光催化剂在光催化降解过程中发生水解，释放出有害的硫化氢，具有一定的生物毒性，而含氧类光催化剂具有较高稳定性、无毒、高催化活性等优点，但含氧类光催化剂在可见光范围(太阳光总能量的43％左右)几乎无光催化降解性能，使它们的应用受到一定限制。因此，寻找一种能在可见光范围具有高催化活性、稳定、无毒的光催化剂来代替传统的光催化剂成为当前研究的热点。

技术实现要素：

本发明为了克服传统的光催化剂的不足，提供一种具有光催化性能的十七水·二质子化水合硼钒酸镍钾及其制备方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

1.一种具有光催化性能的十七水·二质子化水合硼钒酸镍钾：

化学名称：十七水·二质子化水合硼钒酸镍钾。

结构式：

化学式：k6[ni(h2o)4v12b18o54(oh)6]·2h3o·17h2o。

理化性质：外观为棕色颗粒状晶体，无味，难溶于有机溶剂和水。

2.制备具有光催化性能的硼钒酸盐化合物十七水·二质子化水合硼钒酸镍钾的制备方法，操作步骤如下：

用传统的水热合成法来培养晶体，依次将0.0831gnh4vo3(0.71mmol,依次将0.0831gnh4vo3、0.3054gh3bo3、0.0553gni(ch3coo)2·4h2o、0.3124gk2so3、0.1ml乙醇胺、0.1ml磷酸和2.5ml蒸馏水放到内衬为15ml的聚四氟乙烯的高压反应釜中，然后搅拌20min至混合物混合均匀，装好反应釜；将反应釜置于100℃的恒温箱中晶化7天后，取出反应釜，自然冷却至室温；抽滤，并用蒸馏水冲洗，最后在空气中自然晾干得到棕色颗粒晶体，即为十七水·二质子化水合硼钒酸镍钾。

3.化合物的确认

选择合适大小的硼钒酸盐化合物晶体置于brukesmartapexiiccd衍射仪上，用石墨单色器单色化的mokα(λ＝0.071073nm)射线，以ω-θ方式扫描。在296k下，共收集衍射点。经全矩阵最小二乘法对f²进行修正结构分析用shelxl-97软件包完成。化合物的分子式为h54b18k6nio83v12，相对分子量为2481.54g/ml，晶体为三斜晶系，空间群为p-1，单胞参数为α＝105.753(4)°，β＝116.345(3)°，γ＝98.905(4)°，z＝1。

4.化合物结构分析

已报少数硼钒酸盐化合物具有光催化性能，但本研究通过改变原料和配比等条件，以偏钒酸铵取代常规有毒的五氧化二钒或三氯化钒，在低温水热条件下，成功地获一种新颖的具有光催化性能的硼钒酸盐。在化合物k6[ni(h2o)4v12b18o54(oh)6]·2h3o·17h2o结构中，[ni(h2o)4]²⁺配阳离子与[v12b18o54(oh)6]^10-阴离子簇共价相连成一维链结构，再通过k··o键相连构成三维网状的结构，质子化的水h3o⁺和自游水分子位于网状结构中。

5.硼钒酸盐化合物的用途

光催化测试结果显示，该化合物具有良好的光催化性能，能够有效地降解亚甲基蓝溶液。通过紫外分光光度计的吸光度来检测亚甲基蓝的浓度,在未加入催化剂的时候亚甲基蓝的浓度基本没有发生变化，将0.0150g催化剂碾成粉末，放入200ml1mg/l亚甲基蓝溶液中，在可见光照条件下，90min之后，溶液变清，检测到亚甲基蓝的特征峰明显降低，且降解率为94.8％，说明亚甲基蓝在可见光照条件下被降解，并且催化前后通过粉末衍射分析得知催化剂结构稳定，可以循环利用。因此，具有光催化性质的硼钒酸盐可代替常规的光催化剂，预计在光催化氧化废水处理领域有着重要应用价值。

本发明的优点：

本发明所采用的制备方法具有工艺简单、高效、廉价、无污染、重复性好等优点。

具体实施方式

为了更好地光催化降解有机污染物，研发一种在可见光下催化活性高,无二次污染，选择性好的催化剂成为必要。基于此观点，我们采用水热法合成一种具有光催化性能的硼钒酸盐化合物。测试表明，该化合物具有良好的光催化性能。

下面结合实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

1.有光催化性能的十七水·二质子化水合硼钒酸镍钾的制备：

用传统的水热合成法来培养晶体，依次将0.0831gnh4vo3(0.71mmol,依次将0.0831gnh4vo3、0.3054gh3bo3、0.0553gni(ch3coo)2·4h2o0.3124gk2so3、0.1ml乙醇胺、0.1ml磷酸和2.5ml蒸馏水放到内衬为15ml的聚四氟乙烯的高压反应釜中，然后搅拌20min至混合物混合均匀，装好反应釜；将反应釜置于100℃的恒温箱中晶化7天后，取出反应釜，自然冷却至室温；抽滤，并用蒸馏水冲洗，最后在空气中自然晾干得到棕色颗粒晶体，即为十七水·二质子化水合硼钒酸镍钾。

选择合适大小的硼钒酸盐化合物晶体置于brukesmartapexiiccd衍射仪上，用石墨单色器单色化的mokα(λ＝0.071073nm)射线，以ω-θ方式扫描。在296k下，共收集衍射点。经全矩阵最小二乘法对f²进行修正结构分析用shelxl-97软件包完成。化合物的分子式为h54b18k6nio83v12，相对分子量为2481.54g/ml，晶体为三斜晶系，空间群为p-1，单胞参数为α＝105.753(4)°，β＝116.345(3)°，γ＝98.905(4)°，z＝1。

2.性能测试

通过紫外分光光度计的吸光度来检测亚甲基蓝的浓度，在未加入催化剂的时候亚甲基蓝的浓度基本没有发生变化，将0.0150g催化剂碾成粉末，放入200ml1mg/l亚甲基蓝溶液中，在可见光照条件下，90min之后，溶液变清，检测到亚甲基蓝的特征峰明显降低，且降解率为94.8％，说明亚甲基蓝溶液在可见光照条件下被降解，且催化前后通过粉末衍射分析得知催化剂结构稳定，可以循环利用。