專利名稱：一種新型高效率類硼酸鍶光催化劑的制作方法
一種新型高效率類硼酸鍶光催化劑
技術領域：
本發(fā)明研制出一種“新型高效率類硼酸鍶光催化劑”，該催化劑的光催化還原二氧 化碳和水制備甲烷的效率已超過TiO2 (P25)。本發(fā)明屬于光催化技術領域，為利用光催化技 術還原二氧化碳和水制甲烷提供了一種高效率的光催化劑。
背景技術：
當今世界能源危機和環(huán)境惡化促使人們尋找清潔、可再生的新能源和治理環(huán)境的 新方法。近年來，對光催化材料的研究已經取得很大進展。1972年，Fujishima和Honda利 用二氧化鈦(TiO2)單晶電極光解水制氫實驗，開創(chuàng)了半導體多相光催化的研究領域。TiO2 具有穩(wěn)定性好和光催化效率高的特點，但是利用TiO2光催化還原二氧化碳和水制備甲烷， 仍然存在著光催化效率較低和環(huán)境凈化功效差等問題，尚未達到實際應用的要求。本發(fā)明研制出一種“新型高效率類硼酸鍶光催化劑”，該催化劑具有分散性好、穩(wěn) 定性強、光催化效率高等特點，利用該催化劑光催化還原二氧化碳和水制備甲烷，其光催化 效率遠超過TiO2 (P25)。目前，類硼酸鍶在光催化還原二氧化碳和水制甲烷的研究工作未見 報道，該研究成果將為設計、制備新型高效光催化劑及其在能源環(huán)境領域的應用開辟新的 方向。

發(fā)明內容本發(fā)明以鍶鹽、含硼化合物、檸檬酸或檸檬酸鹽和多醇類為前驅體，采用溶膠凝膠 法制備一種“新型高效率類硼酸鍶光催化劑”。本發(fā)明的優(yōu)點在于該光催化劑分散性好，具 有很高的光催化效率，其光催化效率遠超過TiO2 (P25)。

圖1實施例1、2、3的X射線衍射圖譜；圖2實施例1、2、3中類硼酸鍶和P25光催化劑光催化還原二氧化碳和水制備甲烷 的濃度-時間曲線；以下結合具體實施例和附圖對本發(fā)明做進一步描述，并具體說明本發(fā)明的光催化 效果。
具體實施方式
本發(fā)明的具體制備方法如下在常溫下，將檸檬酸或檸檬酸鹽加入到稀釋劑，檸檬 酸或檸檬酸鹽和稀釋劑的質量比為1 5 1 15;在劇烈攪拌下，每隔5 10分鐘依次 加入鍶鹽和含硼化合物，檸檬酸或檸檬酸鹽與鍶鹽的摩爾比為4 0.5 4 2，檸檬酸或 檸檬酸鹽與含硼化合物的摩爾比為4 1 4 3;攪拌均勻，最后加入多醇類，檸檬酸或 檸檬酸鹽與多醇類摩爾比為4 4 4 8，然后80°C 100°C水浴4 10個小時，得到 混合溶膠，將混合溶膠在90°C 1500C烘干，研磨成粉末，在空氣氣氛中500°C 800°C煅燒3. 0 5. 0小時，制得“新型高效率類硼酸鍶光催化劑”。以上制備過程中，所述鍶鹽可以是氯化鍶、硝酸鍶或醋酸鍶等中一種或幾種混合。所述多醇類可以是乙二醇、聚乙二醇等中的任何一種。所述含硼化合物可以為硼酸、硼砂、硼酸鈉、硼酸鉀、硼酸銨、偏硼酸、偏硼酸鈉、 偏硼酸鉀、四硼酸、四硼酸鈉或四硼酸鉀中的任何一種。所述稀釋劑是高純水、無水乙醇、無水甲醇、冰醋酸或甲酸中的任何一種或幾種混 合；優(yōu)選高純水。光催化效率的評價方法為以35W的汞燈為光源，輻射波長為> 253. 7nm ；水溶 液為125ml ；催化劑用量為125mg ；氫氧化鈉濃度為0. 2mol/L ；反應前溶液中通入CO2氣體 45min，流量為0. 3L/min，使溶液達到飽和；磁力攪拌保持體系中溶液濃度；水浴保持體系 的溫度平衡；每隔2h抽取0. 4ml氣體，用氣相色譜儀分析最終產物甲烷濃度，標定催化劑的 光催化效率。最終產物甲烷含量高，表明催化劑光催化效率高。為更好的理解本發(fā)明，下面結合實施例對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但是本發(fā) 明要求保護的范圍并不局限于實施例所表示的范圍。實施例1取一定量的Sr(NO3)2固體，用高純水作為溶劑，配制成lmol/L的Sr(NO3)2溶液。 取85ml高純水，在室溫下攪拌，依次加入7. 6856g檸檬酸(0. (Mmol)(分析純)和IOml Sr (NO3) 2溶液，攪拌5分鐘；將1. 2366g硼酸(0. 02mol)加入體系，充分攪拌10分鐘使其完 全溶解；加入3. 3ml乙二醇(0. 06mol)，充分攪拌10分鐘使其完全溶解；在90°C水浴蒸發(fā) 4小時，直到完全變成溶膠；將溶膠在烘箱中120°C烘干10小時成凝膠；研磨成粉末，500°C 空氣中煅燒4. 5h，制得納米類硼酸鍶光催化劑(樣品A)。用上述光催化效率的評價方法， 光催化10小時甲烷生成量為2.44X10_5mOl/L，而同等條件下，TiO2 (P25)甲烷生成量為
2.42Xl(T5mol/L。實施例2實驗條件、步驟同實施例1，改變煅燒溫度為600°C，制得的納米級硼酸鍶光催化 劑(樣品B)，用上述光催化活性評價方法，光催化10小時甲烷生成量為5. 63X 10_5mol/L， 是 Ti02(P25)的 2. 33 倍。實施例3實驗條件、步驟同實施例1，改變煅燒溫度為700°C，制得納米類硼酸鍶光催化劑 (樣品C，見)，用上述光催化活性評價方法，在紫外光照射下，光催化10小時甲烷生成量為
3.77Xl(T5mol/L，是 Ti02(P25)的 1. 56 倍。以上實例表明，類硼酸鍶光催化劑光催化還原二氧化碳和水制甲烷具有高的光催 化效率。
權利要求
本發(fā)明研制出一種“新型高效率類硼酸鍶光催化劑”，其特征在于以鍶鹽、含硼化合物、檸檬酸或檸檬酸鹽和多醇類為前驅體，采用溶膠凝膠法制備出高活性類硼酸鍶納米光催化劑。此光催化劑具有分散性好、穩(wěn)定性強、光催化效率高等特點，其還原二氧化碳和水制備甲烷光催化效率已超過TiO2(P25)光催化劑。
2.根據權利要求1所述的制備“新型高效率類硼酸鍶光催化劑”的方法，其特征如 下在常溫下，將檸檬酸或檸檬酸鹽加入到稀釋劑，檸檬酸或檸檬酸鹽和稀釋劑的質量比為 1 5 1 15;在劇烈攪拌下，每隔5 10分鐘，依次加入鍶鹽和含硼化合物，檸檬酸或 檸檬酸鹽與鍶鹽的摩爾比為4 0.5 4 2，檸檬酸或檸檬酸鹽與含硼化合物摩爾比為 4 1 4 3;攪拌均勻，最后加入多醇類，檸檬酸或檸檬酸鹽與多醇類摩爾比為4 4 4 8，然后在80°C 100°C水浴4 10個小時，得到混合溶膠，將混合溶膠經90°C 150°C 烘干成凝膠，研磨成粉末，在空氣氣氛中500°C 800°C煅燒3. 0 5. 0小時，制得新型高活 性類硼酸鍶納米光催化劑。
3.根據權利要求1或2所述的“新型高效率類硼酸鍶光催化劑”，其特征在于所述鍶 鹽可以是氯化鍶、硝酸鍶或醋酸鍶等中的任何一種。
4.根據權利要求1或2所述的“新型高效率類硼酸鍶光催化劑”，其特征在于所述含 硼化合物可以是硼酸、硼砂、硼酸鈉、硼酸鉀、硼酸銨、偏硼酸、偏硼酸鈉、偏硼酸鉀、四硼酸、 四硼酸鈉或四硼酸鉀中的任何一種。
5.根據權利要求1或2所述的“新型高效類硼酸鍶光催化劑”，其特征在于所述多醇 類可以是乙二醇、聚乙二醇等中的任何一種。
6.根據權利要求2所述的的“新型高效率類硼酸鍶光催化劑”，其特征在于所述稀釋 劑是高純水、無水乙醇、無水甲醇、冰醋酸或甲酸中的任何一種或幾種混合；優(yōu)選高純水。全文摘要
為利用光催化技術還原二氧化碳和水制備甲烷，本發(fā)明公開了一種“新型高效率類硼酸鍶光催化劑”及其制備方法。該催化劑以鍶鹽、含硼化合物、檸檬酸或檸檬酸鹽和多醇類為前驅體，采用溶膠凝膠法制備的高活性類硼酸鍶光催化劑其還原二氧化碳和水制甲烷的光催化效率已超過TiO2(P25，該催化劑被公認為目前光催化效率較高的光催化劑)光催化劑。該催化劑具有分散性好、光催化活性高，且制備工藝簡單，易操作，對設備要求低等優(yōu)點，在減少二氧化碳的排放、能源的再生利用和環(huán)境科學等領域具有廣泛的應用前景和發(fā)展?jié)摿Α?br> 文檔編號C07C1/10GK101879443SQ20101021927
公開日2010年11月10日 申請日期2010年7月7日 優(yōu)先權日2010年7月7日
發(fā)明者曹亞安, 楊曉丹 申請人:南開大學