一种选择性复合光催化剂粉体及其制备方法和应用与流程

本发明属于光催化剂及复合吸附材料技术领域，尤其涉及一种选择性复合光催化剂粉体及其制备方法和应用。

背景技术：

光催化反应，指在借助自然光的条件下，催化某种反应的发生。光催化是利用自然界存在的已知光源，照射某种催化剂，在经过电子跃迁等一系列变化后，将自然界中的光能转变成化学反应所需要的化学能，从而产生催化作用。

镍酸镧是一种有着广泛应用前景的功能性材料，通常采用共沉淀法及还原法来制备。共沉淀法，将含有不同组分的金属盐溶液进行混合溶解，再辅以适当的沉淀剂，充分溶解之后混合，生成沉淀，形成悬浊液；搅拌后进行抽滤，最后得到滤饼的方法；共沉淀法在加入沉淀剂时，可能会使局部的浓度远远高于其他部分，容易产生团聚使得组成不均匀。还原法，将几种不同组元的金属盐进行溶解，混合，加入一定的配位剂，然后再加入适量的水；在一定条件下进行水浴加热，当溶液量降低至一定后，放入干燥箱，充分干燥后，得到类似胶体的物质，然后在具有非氧化性气氛（如氨气炉，氮气炉等）的炉中等设备中进行烧结，最后得到相关粉末；还原法在烧结过程中要保证还原性气体一直畅通，且必须跟踪反应过程，耗时费力；并伴有烧结周期长，降温速度缓慢，还原性气体一般是污染性气体，造成环境污染。

综上所述，研究一种制备方法简单、有效，催化活性高的光催化剂，显得尤为必要。

技术实现要素：

针对上述技术存在的不足，本发明提供一种新型选择性复合光催化剂粉体及其制备方法。该催化剂为复合型催化剂，可实现两种粉体功能的最大化作用，具有催化活性高，制备方法简单，可以用于工业废水中难溶有机物的降解处理中。

为了实现上述目的，本发明提供一种新型选择性复合光催化剂粉体，所述光催化剂的化学式为：La₂NiO₄/Y₂Mo₄O₁₅。

为了实现上述目的，本发明还提供一种浸渍法制备上述复合光催化剂粉体，包括以下步骤。

（1）按照摩尔比1:2称取镍的可溶性盐、镧的可溶性盐，溶于适量蒸馏水中，得到溶液A。

（2）在溶液A中缓慢加入氢氧化钠溶液，调整pH值为9.5-10.5，搅拌一段时间，随后将溶液进行抽滤，得到沉淀B。

（3）将沉淀B在马弗炉中煅烧、保温，得到催化剂粉体C。

（4）将粉体C放入醇溶液中，高速球磨一段时间，粉体粒径为1μm-2μm，烘干，得到粉体D(即La₂NiO₄)。

（5）分别称取适量钇的可溶性盐，量取一定量的钼酸铵（(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O），溶解于适量蒸馏水中，混合均匀，得到溶液E。

（6）将溶液E与粉体D混合，在烘箱中烘干一段时间，研磨至粉体粒径为1μm-2μm，放入马弗炉中煅烧一段时间，取出，得到复合催化剂粉体。

所述的镍的可溶性盐为硝酸盐、碳酸盐或醋酸盐中的一种或几种；镧的可溶性盐为硝酸盐、碳酸盐或醋酸盐中的一种或几种；钇的可溶性盐硝酸盐、碳酸盐或醋酸盐中的一种或几种。

所述步骤（1）中，蒸馏水的体积用量为镍的可溶性盐、镧的可溶性盐总摩尔量的20-40倍。

所述步骤（2）中，氢氧化钠的浓度为1/300-1/500mol·L-1；所述的搅拌为磁力搅拌或机械搅拌，转数为500-800r/min，搅拌时间为1-2h。

所述步骤（3）中，马弗炉的煅烧温度为750-900℃，保温时间为1-3h。

所述步骤（4）中，醇溶液为甲醇或乙醇等可溶性醇溶液的一种；醇溶液的体积用量为镍的可溶性盐和镧的可溶性盐总摩尔量的5-10倍；所述的烘干温度为40-90℃，时间为30-90min。

所述步骤（5）中，蒸馏水的体积用量为钇的可溶性盐和钼酸铵总摩尔量的20-40倍。

所述的钇的可溶性盐与钼酸铵中的Y与Mo摩尔比为1:2。

所述步骤（6）中，烘干温度为60-90℃，时间为1-3h，马弗炉煅烧温度为500-650℃，保温1-2h。

所述的复合粉体可用于工业废水中难溶有机物的降解处理；所述的有机物为亚甲基蓝。

本发明的有益效果。

本发明提供的浸渍法制备一种新型选择性复合光催化剂粉体 La₂NiO₄/Y₂Mo₄O₁₅复合型光催化剂，该光催化剂的纯度高，化学性质稳定，光催化活性高，安全无毒、无副作用，使用寿命长。粉体粒度大小均匀、颗粒形状规则。本发明光催化剂的制备方法-浸渍法是一种制备复合材料的较好方法，可使粉体混合更为均匀，更易形成包覆型复合材料，且制备条件温和可控，成本低，适合大规模生产。可用于工业废水中难溶有机物的降解处理中，特别是对亚甲基蓝催化降解效果显著。

附图说明

图1是本发明La₂NiO₄光催化剂的XRD图；其中a-800度下La₂NiO₄粉体XRD图谱，b-900度下La₂NiO₄粉体XRD图谱。

图2是本发明Y₂Mo₄O₁₅光催化剂的XRD图；其中a-500度下Y₂Mo₄O₁₅粉体XRD图谱，b-600度下Y₂Mo₄O₁₅粉体XRD图谱。

图3是本发明的La₂NiO₄/ Y₂Mo₄O₁₅光催化剂粉体的SEM图；其中3-1为850度下La₂NiO₄光催化剂粉体的SEM图，3-2为500度下Y₂Mo₄O₁₅光催化剂粉体的SEM图，3-3为复合光催化剂粉体的SEM图。

图4是La₂NiO₄/Y₂Mo₄O₁₅光催化剂对亚甲基蓝复合光催化剂的催化效果随时间变化的图；其中1-未加入本发明催化剂，2-加入实施例5催化剂光照20min催化效果图。

图5是La₂NiO₄/Y₂Mo₄O₁₅光催化剂对亚甲基蓝复合光催化剂的催化效果随时间变化的图；其中1-未加入本发明催化剂，2-加入实施例6催化剂光照40min催化效果图。

图6是La₂NiO₄/Y₂Mo₄O₁₅光催化剂对亚甲基蓝复合光催化剂的催化效果随时间变化的图；其中1-未加入本发明催化剂，2-加入实施例7催化剂光照60min催化效果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作详细的说明。

实施例1。

浸渍法制备新型选择性复合光催化剂粉体La₂NiO₄/Y₂Mo₄O₁₅，包括以下步骤：称取1mmol醋酸镍、2mmol醋酸镧，溶于60ml蒸馏水中，得到溶液A；在溶液A中缓慢加入浓度为1/300mol·L-1的氢氧化钠溶液，调整溶液pH值为10，搅拌1h，转数为500r/min，随后将溶液进行抽滤，得到沉淀B；将沉淀B在马弗炉中煅烧800℃、保温1h，得到催化剂粉体C；将粉体C放入30ml无水乙醇中，高速球磨，球磨机转数为2000r/min，球磨2h，烘干温度为40℃，时间为90min，得到粉体D；称取1mmol醋酸钇，称取2mmol钼酸铵，溶于60ml的蒸馏水中，得到溶液E；将溶液E与粉体D混合，放入60℃烘箱中，烘干3h，研磨，放入马弗炉中煅烧500℃，保温1h，取出，得到复合催化剂粉体。

实施例2。

浸渍法制备新型选择性复合光催化剂粉体La₂NiO₄/Y₂Mo₄O₁₅，包括以下步骤：称取2mmol醋酸镍、4mmol醋酸镧，溶于120ml蒸馏水中，得到溶液A；在溶液A中缓慢加入浓度为1/300mol·L-1的的氢氧化钠溶液，搅拌1.5h，转数为800r/min，随后将溶液进行抽滤，得到沉淀B；将沉淀B在马弗炉中煅烧900℃、保温1.5h，得到催化剂粉体C；将粉体C放入40ml无水乙醇中，高速球磨，球磨机转数为4000r/min，球磨4h，烘干温度为90℃，时间为30min，得到粉体D；称取1mmol硝酸钇，2mmol钼酸铵，溶于60ml的蒸馏水中，得到溶液E；将溶液E与粉体D混合，放入70℃烘箱中，烘干1.5h，研磨，放入马弗炉中煅烧500℃，保温1h，取出，得到复合催化剂粉体。

实施例3。

浸渍法制备新型选择性复合光催化剂粉体La₂NiO₄/Y₂Mo₄O₁₅，包括以下步骤：称取2mmol醋酸镍、4mmol硝酸镧，溶于120ml蒸馏水中，得到溶液A；在溶液A中缓慢加入浓度为1/400mol·L-1的的氢氧化钠溶液，调整pH值为9.5，搅拌2h，转数为700r/min，随后将溶液进行抽滤，得到沉淀B；将沉淀B在马弗炉中煅烧850℃、保温2h，得到催化剂粉体C；将粉体C放入30ml甲醇中，高速球磨，球磨机转数为3000r/min，球磨4h，烘干温度为50℃，时间为75min，得到粉体D；称取2mmol硝酸钇，称取4mmol钼酸铵，溶于120ml的蒸馏水中，得到溶液E；将溶液E与粉体D混合，放入70℃烘箱中，烘干1.5h，研磨，放入马弗炉中煅烧550℃，保温1.5h，取出，得到复合催化剂粉体。

实施例4。

浸渍法制备新型选择性复合光催化剂粉体La₂NiO₄/Y₂Mo₄O₁₅，包括以下步骤：称取3mmol碳酸镍、6mmol碳酸镧，溶于270ml蒸馏水中，得到溶液A；在溶液A中缓慢加入浓度为1/500mol·L-1的的氢氧化钠溶液，调整溶液pH值为10.5，搅拌2h，转数为600r/min，随后将溶液进行抽滤，得到沉淀B；将沉淀B在马弗炉中煅烧750℃、保温3h，得到催化剂粉体C；将粉体C放入90ml无水乙醇中，高速球磨，球磨机转数为5000r/min，球磨3h，烘干温度为80℃，时间为40min，得到粉体D；称取2mmol碳酸钇，称取4mmol钼酸铵，溶于200ml的蒸馏水中，得到溶液E；将溶液E与粉体D混合，放入90℃烘箱中，烘干1h，研磨，放入马弗炉中煅烧550℃，保温2h，取出，得到复合催化剂粉体。

实施例5。

浸渍法制备新型选择性复合光催化剂粉体La₂NiO₄/Y₂Mo₄O₁₅，包括以下步骤：称取2mmol醋酸镍、4mmol硝酸镧，溶于200ml蒸馏水中，得到溶液A；在溶液A中缓慢加入浓度为1/400mol·L-1的氢氧化钠溶液，调整溶液pH值为10，搅拌2h，转数为650r/min随后将溶液进行抽滤，得到沉淀B；,将沉淀B在马弗炉中煅烧750℃、保温3h，得到催化剂粉体C；将粉体C放入40ml无水乙醇中，高速球磨，球磨机转数为6000r/min，球磨2h，烘干温度为50℃，时间为60min，得到粉体D；称取2mmol碳酸钇，称取4mmol钼酸铵，溶于120ml的蒸馏水中，得到溶液E；将溶液E与粉体D混合，放入80℃烘箱中，烘干50min，研磨，放入马弗炉中煅烧650℃，保温2h，取出，得到复合催化剂粉体。

将该粉体放入亚甲基蓝溶液中光照20min，可见在660nm处的吸收峰明显，对亚甲基蓝有明显降解作用，见图4。

实施例6。

浸渍法制备新型选择性复合光催化剂粉体La₂NiO₄/Y₂Mo₄O₁₅，包括以下步骤：称取5mmol醋酸镍、10mmol硝酸镧，溶于300ml蒸馏水中，得到溶液A；在溶液A中缓慢加入浓度为1/400mol·L-1的氢氧化钠溶液，调整溶液pH值为10.5，搅拌2h，转数为500r/min，随后将溶液进行抽滤，得到沉淀B；将沉淀B在马弗炉中煅烧900℃、保温3h，得到催化剂粉体C；将粉体C放入60ml无水乙醇中，高速球磨，球磨机转数为6000r/min，球磨3h，烘干温度为90℃，时间为35min，得到粉体D；称取4mmol碳酸钇，称取8mmol钼酸铵，溶于250ml的蒸馏水中，得到溶液E；将溶液E与粉体D混合，放入80℃烘箱中烘干50min，研磨，放入马弗炉中煅烧600℃，保温2h，取出，得到复合催化剂粉体。

将该粉体放入亚甲基蓝溶液中光照40min，可见在660nm处的吸收峰明显，对亚甲基蓝有明显降解作用，见图5。

实施例7。

浸渍法制备新型选择性复合光催化剂粉体La₂NiO₄/Y₂Mo₄O₁₅，包括以下步骤：称取3mmol硝酸镍、6mmol硝酸镧，溶于200ml蒸馏水中，得到溶液A；在溶液A中缓慢加入浓度为1/500mol·L-1的氢氧化钠溶液，调整溶液pH值为10，搅拌2h，转数为800r/min随后将溶液进行抽滤得到沉淀B；将沉淀B在马弗炉中煅烧800℃、保温3h，得到催化剂粉体C；将粉体C放入40ml乙醇溶液中，高速球磨，球磨机转数为4000r/min，球磨2h，烘干温度为40℃，时间为85min，得到粉体D；称取4mmol醋酸钇，称取8mmol钼酸铵，溶于400ml的蒸馏水中，得到溶液E；将溶液E与粉体D混合，放入80℃烘箱中，烘干50min，研磨，放入马弗炉中煅烧600℃，保温2h，取出，得到复合催化剂粉体。

将该粉体放入亚甲基蓝溶液中光照60min，可见在660nm处的吸收峰明显，对亚甲基蓝有明显降解作用，见图6。

使用DX2500型X射线衍射仪对纯La₂NiO₄和纯Y₂Mo₄O₁₅进行了测试，扫描速度为0.04°/min，2θ范围为10-90°。实验制备La₂NiO₄(PDF #01-0728)，PDF卡片中，最高峰在31.64°；La₂NiO₄光催化剂的XRD图，见图1，其中a为800度下La2NiO4粉体XRD图谱；b为900度下La₂NiO₄粉体XRD图谱。制备Y₂Mo₄O₁₅(PDF #53-0358), PDF 卡片中，最高峰在25.529°；Y₂Mo₄O₁₅光催化剂的XRD图，见图2，其中a为500度下Y₂Mo₄O₁₅粉体XRD图谱；b为600度下Y₂Mo₄O₁₅粉体XRD图谱。

本发明的光催化剂粉体的SEM图，见图3。3-1为850度下La₂NiO₄光催化剂粉体扫描电镜图；3-2为500度下Y₂Mo₄O₁₅光催化剂粉体的SEM图；3-3为复合光催化剂粉体的SEM图；由图中可知，本发明制备的光催化剂粉体，粉体粒度大小均匀，颗粒形状规则。颗粒大小为100nm-150nm。

用实施例5-7制备的光催化剂进行亚甲基蓝的光降解实验，如图4-6所示。从图4-6可知，本发明催化剂对亚甲基蓝具有较好效果。将本发明的催化剂用于光降解实验中，实验前后催化剂的重量未发生变化。