专利名称：：一种氧化镍负载钽酸盐高效光催化剂的制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种高效纳米钜酸盐光催化剂的制备方法，具体涉及一种氧化镍负载纳米钽酸盐光催化剂的方法，具体地以氧化钽为原料，在氢氧化钠和/或氢氧化钾溶液中水热合成具有纳米尺度、结晶性好的钽酸盐粉体，然后通过浸渍法负载氧化镍提高其光催化效果。属于纳米
技术领域：
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背景技术：
：随着印染业的发展，染料及染料溶剂等有机污染物已成为一类主要的环境污染物。传统的染料污水处理方法只是采用物理方法将有机物转移，而染料分子本身并没有分解，因此这些降解方式并不能实现真正意义上的去除；此外亦可用化学或生物方法，但由于这些物质基本都含有苯环，目前所使用的化学和生物等降解方法不仅成本较高而且难以取得较佳效果，因此其推广应用受到限制。Ti02具有化学性质稳定、成本低、无毒、难溶等优点而被公认为是理想的光催化材料。然而Ti02可见光响应差，太阳能利用率低(约4%)，且催化反应中光生电子和空穴易于复合，光量子效率低。目前虽可以通过金属离子掺杂、非金属掺杂、贵金属i沉积、半导体复合等方法提高了Ti02的可见光相应范围和光催化活性，但问题仍没有得到根本改善。近年有研究者发现钽酸盐光催化剂具有较高的催化活性，包括碱金属钽酸盐、碱土金属钽酸盐以及稀土元素掺杂的钽酸盐光催化剂的研究引起材料科学工作者的广泛兴趣，这些催化剂在没有负载其它光催化剂的情况下,其光催化分解水的活性远远高于二氧化钛。目前采用的制备钽酸盐的方法很多。普遍采用的是高温固相法，HidekiKato等人在115CTC煅烧10小时得到钽酸盐催化剂，但是由于该法的煅烧温度较高、时间较长，所以得到的产物的粒径都在2-3pm，比表面积小于lm々g，大大限制了其光催化效率。刘应亮等采用固相反应与水热法复合的方法制得一种立方结构、棒状的钽酸钠，但该方法工序繁琐，且合成的样品粒径大，容易产生晶格缺陷。PascalMaillard等人用热氨解合成稀土钽酸盐，热氨解方法虽然降低了反应温度，但是熔盐法制备钽酸盐，耗能高，而且晶粒粒径不可控。
发明内容本发明的目的在于克服目前钜酸盐光催化剂制备中存在的制备工艺复杂、粒径大、缺陷多、耗能高、光催化效率低等技术难题，提供一种温和条件下氧化镍负载纳米钽酸盐的制备方法。该方法所用设备简单，反应装置为普通水热反应釜，工艺简便，产物纯度高、粒径小，缺陷少、光催化效率高。为实现上述发明目的，本发明采用了下述技术方案。本发明所述的制备方法包括以下步骤(1)将氧化钽均匀分散于过量(超出化学计量比)碱溶液中，后置入反应釜中；(2)将反应釜置于设定温度下保持一段时间，充分发生水热反应；(3)水热反应结束后，将反应釜中的产物充分洗涤、过滤，直至为中性，干燥后制得钜酸盐纳米粉体；(4)将一定量的钽酸盐纳米粉体均匀分散于适量的硝酸镍溶液中，恒温蒸发该混合溶液得到粉饼；(5)将细磨后的粉饼放到马弗炉中煅烧，便得到最终产物。上述技术方案中，所述的碱溶液为氢氧化钾、氢氧化钠溶液的任意一种或其组合。氢氧化钠(钾)与氧化钽的摩尔比为h5~15。反应釜内胆采用聚四氟乙烯内胆；反应物在反应釜中的填充系数对产物的物相结构有影响，一般采用60~80%(体积分数)。水热反应的温度为10018(TC，水热时间为10~24小时；水热反应产物用蒸馏水洗涤，用砂芯漏斗真空抽滤，除去剩余碱，直至洗出液为中性；将钽酸盐纳米粉体加入到少量硝酸镍溶液中，控制氧化镍的负载质量分数为0.10.5%。将钽酸盐和硝酸镍的混合溶液于8(TC下恒温水浴，直至水份完全蒸发。将细磨后的钽酸盐、硝酸镍粉体放到马弗炉中，于200300。C温度下煅烧13小时，得到氧化镍负载钽酸盐粉体。一般的湿化学法多采用乙醇钽或其他有机盐做反应物，而这些原料及其昂贵，而且对潮湿敏感。而本发明方案中，所用原料为氧化钜和廉价的碱NaOH(KOH)。在高温固相反应法中，由于温度高，导致氢氧化钠(钾)挥发严重，所以碱(氢氧化钠、钾)少量过量，因此缺陷多。南京大学申请的专利(200410041816.5)中，采用水溶性钽酸盐通过聚合物络合法制得高比表面积的钽酸盐或铌酸盐。制备过程如下首先氧化钽与碱煅烧得到钽酸盐熔体，熔体再与醋酸反应得到钽酸；钽酸进一步与草酸反应得到钽酸前驱体；最后前驱体加入螯合剂和金属酸盐反应得到目标产物。此种方法制备过程非常繁琐，而且实验过程中对pH以及各阶段产物的纯度有严格要求。本发明与现有技术相比，具有以下优点本发明水热反应中过量的氢氧化钠(钾)可以经洗涤除去，因此获得的钽酸盐结构缺陷少。此外所用设备简单，反应温度较低，节省能量，制备过程均在低温下进行，操作简便，无需添加特殊的加压设备，縮短了工艺时间，降低了生产成本，生产可行性较强。而钜酸盐光催化剂进行镍负载后其光催化性能也相当高图例说明图1为0.4420g氧化钽与0.6g氢氧化钠14(TC水热反应12小时所得样品的扫描电子显微镜(SEM)照片；图2为样品的XRD衍射图谱。具体实施方式实施例1本发明纳米钽酸钠光催化剂的水热制备方法如下(1)在体积为30ml的聚四氟乙烯内胆中加入0.4420g丁&205和0.6gNaOH，使氢氧化钠过量，后加入25ml蒸馏水溶解；(2)将聚四氟乙烯内胆放到超声清洗器中超声分散15min，使氧化钽均匀分散在氢氧化钠溶液中；(3)将内胆放入不锈钢反应釜中，放到烘箱中14(TC恒温反应12小时；(4)自然冷却至室温，将反应釜内胆取出，倾倒上层清液，将剩余浆料倒入砂芯漏斗，用真空抽滤过滤粉末，用大量蒸馏水洗涤，除去多余的NaOH，直至洗出液为中性；(5)将样品在8(TC烘箱中干燥6小时，收集样品；负载氧化镍钽酸钠粉体的的制备步骤如下(1)称取水热条件下制备的NaTaO3样品0.5克；(2)用天平称量Ni(N03)26H20，使NiO的掺杂量为0.2%(质量分数)，用少量蒸馏水将其溶解；(3)将称量的NaTa03样品倒入配制好的硝酸镍溶液中；(4)在8(TC恒温水浴条件下将蒸馏水全部蒸发，在烘箱干燥l小时；(5)将混合均匀的样品研磨，然后在马弗炉内27(TC锻烧3小时，便得到目标产物。其它实施例:制备工艺同实施例l，控制反应参数如下:<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>权利要求1、一种氧化镍负载钽酸盐高效光催化剂的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤(1)将氧化钽均匀分散于过量(超出化学计量)碱溶液，后置于反应釜中；(2)将反应釜置于设定温度下保持一段时间，充分发生水热反应；(3)水热反应结束后，将反应釜中的产物充分洗涤、过滤，直至洗出液为中性，干燥后制得钽酸盐纳米粉体；(4)称量一定质量的钽酸盐纳米粉体均匀分散于适量的硝酸镍溶液中，恒温蒸发后得到粉饼；(5)将细磨后的粉饼放到马弗炉中煅烧，便得到最终产物。2、根据权利要求1所述的氧化镍负载钽酸盐高效光催化剂的制备方法，其特征在于所述的碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾溶液的任意一种或其组合。3、根据权利要求1所述的氧化镍负载钽酸盐高效光催化剂的制备方法，其特征在于反应物在反应釜中的填充系数对产物的物相有影响，一般采用60~80%(体积分数)。4、根据权利要求1所述的氧化镍负载钜酸盐高效光催化剂的制备方法，其特征在于氧化钽与碱的摩尔比为1:5~15。5、根据权利要求1所述的氧化镍负载钽酸盐高效光催化剂的制备方法，其特征在于水热反应的温度为100~180°C，水热时间为10~24小时。6、根据权利要求1所述的氧化镍负载钽酸盐高效光催化剂的制备方法，其特征在于将钽酸盐纳米粉体加入到少量硝酸镍溶液中，控制氧化镍的负载质量分数为0.1~0.5%。7、根据权利要求1所述的氧化镍负载钜酸盐高效光催化剂的制备方法，其特征在于将钽酸盐和硝酸镍的混合溶液于8(TC下恒温水浴，直至水份完全蒸发。8、根据权利要求1所述的氧化镍负载钽酸盐高效光催化剂的制备方法，其特征在于将细磨后的钽酸盐与硝酸镍的混合粉体放到马弗炉中，于20030(TC温度下煅烧1~3小时，得到氧化镍负载钽酸盐粉体。全文摘要本发明提供了一种氧化镍负载钽酸盐高效光催化剂的制备方法，包括下列步骤(1)将氧化钽均匀分散入过量碱溶液中，置入反应釜中；(2)将反应釜置于设定温度下保持一段时间，充分发生水热反应；(3)水热反应结束后，将反应釜中的产物充分洗涤、过滤，直至洗出液为中性，干燥后制得钽酸盐纳米粉体；(4)将一定量的钽酸盐纳米粉体均匀分散于适量的硝酸镍溶液中，恒温蒸发该混合溶液得到粉饼；(5)将细磨后的粉饼放到马弗炉中煅烧，便得到最终产物。本发明采用原料低廉，设备与工艺简单，制备的钽酸钠光催化剂结构缺陷少，粒径小，分散性好，赋予钽酸盐良好的光催化活性。文档编号B01J37/00GK101602002SQ20091001687公开日2009年12月16日申请日期2009年7月21日优先权日2009年7月21日发明者霞李,臧金玲申请人:青岛科技大学