一种新型的铌酸铋钙钠光催化材料的制备方法及其应用
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种紫外光响应的新型铌酸铋钙钠光催化材料CaNa2Bi2Nb4O15及其制备方法，属于无机光催化材料领域。
【背景技术】
[0002]随着现代社会经济和工业技术的发展，人们逐渐对传统能源的枯竭、环境污染问题提高重视，解决这些问题是实现社会可持续发展、提高人民生活质量和保障国家安全的需要。光催化氧化技术作为高级氧化技术的一种，由于其具有环境友好，能有效去除环境中尤其是废水中的污染物而且耗能较少，无二次污染等优点受到众多研究者的青睐。
[0003]自从第一篇Ti02光解水的文章发表以来，Ti02作为一种典型的光催化材料而受到人们的广泛关注，T12因具有对化学和生物的惰性、无毒性、高稳定性和低成本等优点，被认为是最有潜在应用价值的半导体光催化剂。但是T12的两个固有缺陷限制了它的实际应用:(I)T12的带隙较宽，太阳光利用率低，只能被波长小于386.5纳米的紫外光有效激发；
(2)Ti02中光激发产生的电子与空穴非常容易复合，导致其光量子效率极低。除了对1102进行改性研究外，人们也以极大的热情开始关注新半导体材料的开发。
[0004]研究发现，一系列铌(钽)酸盐光催化剂由于具有较高的光催化活性而被广泛研究。例如，铌酸盐光催化剂祀恥04、8丨2]?他07(]?=41、63，111，￥，稀土元素和?6)、1(恥03、1(他308、1(4犯36017等，都具有较好的光催化性能。另外，很多含Bi元素的氧化物研究发现具有较高的光催化活性，其中Bi2O3就是一种重要的半导体光催化材料，它的禁带宽度为2.8 eV，具有可见光吸收能力。众所周知，光催化剂的活性与光生电荷的迀移率以及催化剂中导带和价带的位置密切相关。金属氧化物光催化剂中，价带顶通常由O 2p道构成。然而，含有Bi元素的材料的价带大部分由O 2p和Bi 6s混合轨道组成，而导带由Bi 6p轨道组成。Bi 6s电子的分散程度很大，形成的较宽的价带可以增加光生电荷的迀移率。三价铋的复合物诸如Bi2Mo06、Bi2Mo3O^BiVO4和Bi2WO4也被报道均具有较好的光催化性能。中国专利CN 103877967A公开了一种可见光响应的光催化剂Li3Nb3Bi2O12及其制备方法，该材料稳定性较好，具有良好的应用前景;又如中国专利CN 101362084A报道了一种纳米光催化材料Bi3NbO7,其光催化活性较高。
[0005]在此基础上，我们对铌酸铋钙钠CaNa2Bi2Nb4O15M料的光催化活性进行了研究，发现该化合物具有优异的紫外光响应光催化性能，且均未见报道。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种紫外光响应的铌酸铋钙钠CaNa2Bi2Nb4O15光催化材料的制备方法及应用。
[0007]为达到以上目的，本发明采用的技术方案是:
一种紫外光响应的铌酸铋钙钠光催化材料的应用，所述铌酸铋钙钠的化学组成通式为:CaNa2Bi2Nb4〇i5。
[0008]第一种如上所述的紫外光响应的铌酸铋钙钠光催化材料的制备方法，采用高温固相法制备得到粉体，包括以下步骤:
(1)将99.9%分析纯级别的含钙元素，钠元素，铋元素，铌元素的化学原料按CaNa2Bi2Nb40i5化学式称量配料，在玛瑙研钵中研磨，均勾混合化学原料；
(2)将步骤(I)得到的混合物进行预煅烧I?2次，煅烧温度为300?950°C，煅烧时间为I?16小时，选择空气气氛，煅烧结束自然冷却后，再次研磨并混合均匀；
(3 )将步骤(2)得到的混合物进行最终煅烧，煅烧温度为1000?1250 V，煅烧时间为I?16小时，选择空气气氛，煅烧结束后将样品自然冷却，研磨均匀后即得到一种新型铌酸铋钙钠光催化材料粉末。
[0009]以上步骤所述的含钠元素的化合物为氧化钠、碳酸钠、氢氧化钠、碳酸氢钠、氯化钠、硝酸钠中的一种;所述的含有钙元素的化合物为氧化钙、碳酸钙、氢氧化钙、氯化钙、硝酸钙中的一种;所述的含有铋元素的化合物为三氧化二铋、硝酸铋、碱式碳酸铋、氢氧化铋中的一种;所述的含有铌元素的化合物为五氧化二铌、二氧化铌、氢氧化铌、氯化铌中的一种。
[0010]以上步骤(2)所述的煅烧温度为350?900V，煅烧时间为2?15小时；步骤(3)所述的煅烧温度为1000?12000C，煅烧时间为2?15小时。
[0011]第二种如上所述的紫外光响应的铌酸铋钙钠光催化材料的制备方法，采用化学溶液法，包括以下步骤:
(1)将含钙元素，钠元素，铋元素，铌元素的化学原料按CaNa2Bi2Nb4O15化学式称量配料，分别溶于稀盐酸中，分别加入适量的柠檬酸或草酸，充分搅拌至完全溶解；
(2)将步骤(I)所得的溶液混合，继续搅拌，然后放置烘箱中80?100°C陈化干燥，得到前驱体；
(3)将步骤(2)所得前驱体放入马弗炉中煅烧，选择空气气氛，煅烧温度为900?1200°C，煅烧时间为2?18小时，煅烧结束后将样品自然冷却，研磨均匀即得到一种新型铌酸铋钙钠光催化材料粉末。
[0012]以上步骤所述的含钠元素的化合物为氧化钠、碳酸钠、氢氧化钠、碳酸氢钠、氯化钠、硝酸钠中的一种;所述的含有钙元素的化合物为氧化钙、碳酸钙、氢氧化钙、氯化钙、硝酸钙中的一种;所述的含有铋元素的化合物为三氧化二铋、硝酸铋、碱式碳酸铋、氢氧化铋中的一种;所述的含有铌元素的化合物为五氧化二铌、二氧化铌、氢氧化铌、氯化铌中的一种。
[0013]步骤(3)所述的煅烧温度优选为950?1150°C，煅烧时间为3?17小时。
[0014]第三种如上所述的紫外光响应的铌酸铋钙钠光催化材料的制备方法，采用共沉淀法，包括以下步骤:
(1)将含钙元素，钠元素，铋元素，铌元素的化学原料按CaNa2Bi2Nb4O15化学式称量配料，分别溶于稀盐酸中，分别加入适量的柠檬酸或草酸，充分搅拌至完全溶解；
(2)将步骤(I)所得的溶液混合，继续搅拌2小时，在搅拌的情况下，逐滴加入体积分数10%的氨水，调节pH到8?9 ；
(3)将步骤(2)所得沉淀物过滤洗涤，放置烘箱中干燥，得到前驱体；
(4)将步骤(3)所得前驱体放入马弗炉中煅烧，选择空气气氛，煅烧温度为900?1200°C，煅烧时间为2?18小时，煅烧结束后将样品自然冷却，研磨均匀即得到一种新型铌酸铋钙钠光催化材料粉末。
[0015]以上步骤所述的含钠元素的化合物为氧化钠、碳酸钠、氢氧化钠、碳酸氢钠、氯化钠、硝酸钠中的一种;所述的含有钙元素的化合物为氧化钙、碳酸钙、氢氧化钙、氯化钙、硝酸钙中的一种;所述的含有铋元素的化合物为三氧化二铋、硝酸铋、碱式碳酸铋、氢氧化铋中的一种;所述的含有铌元素的化合物为五氧化二铌、二氧化铌、氢氧化铌、氯化铌中的一种。
[0016]步骤(4)所述的煅烧温度优选为950?1150 °C，煅烧时间为3?17小时。
[0017]以上所述的铌酸铋钙钠CaNa2Bi2Nb4O15光催化材料光催化活性良好，在紫外光照射下能够有效分解亚甲基蓝等化学有害物质，是一种具有发展潜力的光催化材料。
[0018]与现有技术方案相比，本发明技术方案优点在于:
1、铌酸铋钙钠CaNa2Bi2Nb4O15光催化材料所采用的制备方法简单，原料丰富成本较低，。
[0019]2、铌酸铋钙钠CaNa2Bi2Nb4O15光催化材料具有良好的光催化性能，可以有效被紫外光照射分解化学有害物质。
[0020]3、所制备的CaNa2Bi2Nb4O15光催化剂颗粒均匀，化学稳定性较好，吸收光波长范围较宽，光催化性能良好。
[0021]4、本发明无废水废气排放，对环境友好，且易于工业化生产。
[0022]
【附图说明】
[0023]图1为本发明实施例1所制得的CaNa2Bi2Nb4O15样品的X射线粉末衍射图谱；
图2为本发明实施例1所制得的CaNa2Bi2Nb4O1^品的扫描电子显微镜SEM图谱；
图3为本发明实施