一种钛酸硅酸铯光催化剂及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可以实现紫外光光催化材料、制备方法及应用，尤其涉及一种钛酸硅酸铯光催化剂及其制备方法和应用，属于无机光催化材料领域。
【背景技术】
[0002]目前，随着人类社会的发展，科技经济的日益发达，人类享受了舒适的生活，却品尝着生存环境不断恶化的苦果，生态环境的恶化越来越制约着未来社会的可持续发展。在各种环境污染中，最普遍、最主要和影响最大的是化学污染。因而，有效地控制和治理各种化学污染物对构成人类生存最基本的水资源、土壤和大气环境的破坏是环境综合治理中的重点，开发能把各种化学污染物无害化的实用技术是环境保护的关键。由于效率低，污染物不能彻底无害化，易产生二次污染；仅能处理特定的污染物；或能耗高，不适合大规模推广等方面弊端的存在，因而，开发高效、低能耗、适用范围广和有深度氧化能力的化学污染物清除技术一直是环保技术追求的目标。光催化技术就是从20世纪70年代逐步发展起来的一门新兴环保技术。
[0003]1972年Fujishima和Honda发现在受福照的T12I可以持续发生水的氧化还原反应，从此开始了对半导体光催化剂的大量研究。光催化反应是由半导体粒子吸收光子产生电子-空穴引发的。当无机半导体受到大于禁带宽度能量的光子照射后，电子从价带跃迀至空的导带，在价带形成了光生空穴，在导带形成了光生电子，电子具有还原性，空穴具有氧化性，并将有机污染物最终分解为COjp H 20等无害物质。
[0004]在许多半导体金属氧化物中，1102是研究的最多的，但是其禁带宽度为3.2电子伏特，对应的光波吸收波长为387.5纳米，光吸收仅限于紫外区，1102经光照射后产生的光生电子与空穴容易重新复合，或者被亚稳态表面所俘获失去活性。因此可以通过研究新型无机光催化剂来改善光催化效果。
[0005]现有技术中，专利CN103170323A报道了钛酸盐光催化剂A2Ti04&其制备方法，同时专利CN103599772A报道了一种钛酸盐纳米管复合型光催化剂及其制备方法和应用，得到一维管状结构的CdS/钛酸盐纳米管复合光催化剂。在这些关于钛酸盐光催化剂的报道基础上，我们研究了一种新型的钛酸硅酸铯光催化剂CsSi2Ti06.5，该化合物具有优异的紫外光响应光催化性能，目前为止其制备方法及应用均未见报道。
【发明内容】
[0006]针对上述现存的技术问题，本发明提供一种制备工艺简单，生产成本低，同时可以实现紫外光光催化的钛酸硅酸铯光催化剂及其制备方法和应用。
[0007]为实现上述目的，本发明提供一种钛酸硅酸铯光催化剂，化学式为CsSi2Ti06.5，其形貌为不规则颗粒状或者球形颗粒状。
[0008]本发明又提供一种上述钛酸硅酸铯光催化剂的制备方法，采用高温固相法，包括如下具体步骤: (O按化学式CsSi2T16.5中各元素的化学计量比，分别称取含有铯离子Cs +的化合物、含有硅离子Si4+的化合物、含有钛离子Ti 4+的化合物，研磨并混合均匀；
(2)将步骤(I)所得物在空气气氛下预煅烧I?2次，煅烧温度为200?600°C，煅烧时间为2?10小时；
(3 )将步骤(2 )所得物自然冷却，研磨并混合均匀后，再在空气气氛中煅烧，煅烧温度为600?900°C，煅烧时间为2?15小时；
(4)将步骤(3)所得物自然冷却，得到钛酸硅酸铯材料CsSi2Ti06.5。
[0009]进一步，所述的含铯离子Cs+的化合物为氧化铯、碳酸铯、碳酸氢铯、硝酸铯中的一种；所述的含硅离子Si4+的化合物为二氧化硅和硅酸中的一种；所述的含有钛离子Ti 4+的化合物为二氧化钛。
[0010]更进一步，步骤(2)的预煅烧温度为300?600°C，煅烧时间为3?10小时；步骤
(3)的煅烧温度为600?850°C，煅烧时间为3?12小时。
[0011]本发明再提供一种上述钛酸硅酸铯光催化剂的制备方法，采用溶胶-凝胶法，包括如下具体步骤:
(A)按化学式CsSi2Ti06.5中各元素的化学计量比，分别称取含有铯离子Cs+的化合物、含有硅离子Si4+的化合物、含有钛离子Ti 4+的化合物；首先将含有铯离子Cs +的化合物溶解于去离子水或稀硝酸溶液中，得到透明溶液，再按金属阳离子摩尔量的0.5?2.0倍添加络合剂柠檬酸或草酸；其次将含硅离子Si4+的化合物用稀硝酸溶解，同时加入无水乙醇，并用去离子水进行稀释；再将含有钛离子Ti4+的化合物加入冰醋酸溶液，在50?100°C的温度条件下加热搅拌，直至完全水解；最后得到各原料的混合液；
(B)将步骤(A)得到的各原料混合液缓慢混合，继续搅拌I?2小时后，静置，烘干，得到蓬松的前驱体；
(C)将步骤(B)得到的前躯体粉末置于坩祸中，先于马弗炉中，在空气气氛下煅烧2?3次，煅烧温度为200?650°C，煅烧时间2?13小时，然后自然冷却到室温，得到钛酸硅酸铯材料 CsSi2T16.5。
[0012]进一步，所述的含铯离子Cs+的化合物为氧化铯、碳酸铯、碳酸氢铯、硝酸铯中的一种；所述的含硅离子Si4+的化合物为正硅酸乙酯；所述的含有钛离子Ti 4+的化合物为钛酸四丁酯和钛酸四异丙酯中的一种。
[0013]更进一步，步骤(C)的煅烧温度为300?600 °C，煅烧时间为3?12小时。
[0014]本发明还提供一种上述钛酸硅酸铯光催化剂作为无机光催化材料的应用。
[0015]与现有技术方案相比，本发明技术方案制备的钛酸硅酸铯光催化剂CsSi2T16.5不仅可以实现紫外光光催化作用，还具备如下优点:
1、本发明制备钛酸硅酸铯光催化剂CsSi2T16.5的生产方法是在空气气氛下煅烧制得，烧成温度较低，制备工艺简单，易于操作，是潜在的光催化材料。
[0016]2、本发明制备的钛酸硅酸铯光催化剂CsSi2T16.5能带带隙较窄，在紫外光照射下，该光催化剂能够高效光催化降解亚甲基蓝，具有良好的光催化活性。
[0017]3、本发明制备钛酸硅酸铯光催化剂CsSi2Ti06.5的制备原料来源丰富，价格低廉，且能源消耗低，对环境友好，合成的钛酸硅酸铯光催化剂性能稳定。
【附图说明】
[0018]图1是本发明实施例1制备样品CsSi2T16.5的X射线粉末衍射图谱；
图2是本发明实施例1制备样品CsSi2Ti06.5的SEM图；
图3是本发明实施例1制备样品CsSi2Ti06.5的紫外-可见漫反射光谱图；
图4是本发明实施例1制备样品CsSi2Ti06.5在紫外光不同光照时间下对有机染料亚甲基蓝的降解曲线图；
图5是本发明实施例1制备样品CsSi2Ti06.5降解有机染料亚甲基蓝的动力学曲线图； 图6是本发明实施例5制备样品CsSi2Ti06.5的X射线粉末衍射图谱；
图7是本发明实施例5制备样品CsSi2Ti06.5的SEM图；
图8是本发明实施例5制备样品CsSi2Ti06.5的紫外-可见漫反射光谱图；
图9是本发明实施例5制备样品CsSi2Ti06.5在紫外光不同光照时间下对有机染料亚甲基蓝的降解曲线图；
图10是本发明实施例5制备样品CsSi2Ti06.5降解有机染料亚甲基蓝的动力学曲线图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
[0020]本发明钛酸硅酸铯光催化剂化学式为CsSi2T16.5，可以采用固相法、溶胶-凝胶法制备，具体实施方法如下。
[0021]实施例1:
采用高温固相法制备CsSi2Ti06.5，即把作为原料的各种氧化物或碳酸盐按照目标组成化学计量比进行混合，再在常压下于空气气氛中合成。
[0022]首先，根据化学式CsSi2Ti06.5，分别称取氧化铯Cs2O:1.41克，二氧化硅S12:1.2克，二氧化钛Ti02:0.8克，在玛瑙研钵中研磨并混合均匀，选择空气气氛第一次煅烧，温度为300°C，煅烧时间是3小时，然后冷至室温，取出样品。然后，将前步样品再次充分研磨混合均匀，在空气气氛中煅烧，煅烧温度为600°C，煅烧时间是10小时，冷却至室温，取出样品。最后，将前步样品充分研磨后放在马弗炉中空气中煅烧，煅烧温度为850°C，煅烧时间是12小时，然后冷至室温，取出样品，即得到钛酸硅酸铯CsSi2Ti06.5粉末。
[0023]参见附图1，本实施例1制备样品的X射