專利名稱：一種基于多鈮酸鹽的光催化劑及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)化學(xué)合成領(lǐng)域，具體涉及一種基于多鈮酸鹽的光催化劑及制備方法。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)以來(lái)，隨著全球科技與經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，能源危機(jī)、全球變暖、物種滅絕等問(wèn)題日益凸顯。如何有效控制污染和消除各種化學(xué)污染物，成為關(guān)乎國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的全球性難題。目前具有代表性的化學(xué)污染處理方法主要有物理吸附法、化學(xué)氧化法、微生物處理法和高溫焚燒法。雖然這些方法各有優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境的保護(hù)和治理方面起了重大作用，但是這些方法均不同程度地存在效率低、能耗高、使用范圍窄、不能徹底將污染物分解和易產(chǎn)生二次污染等問(wèn)題。光催化反應(yīng)是光反應(yīng)和催化反應(yīng)的融合，是在光和催化劑同時(shí)作用下所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。光催化技術(shù)由于其清潔和可直接利用太陽(yáng)能的特性，而成為理想的環(huán)境污染治理和清潔能源生產(chǎn)技術(shù)。因此，開發(fā)高效、低能耗、適用范圍廣和有深度氧化能力的光催化劑一直是環(huán)保技術(shù)追求的目標(biāo)。多酸(polyoxometalte, POM)是一類多核配合物,是無(wú)機(jī)化學(xué)研究領(lǐng)域中的一個(gè)重要研究分支。由于其結(jié)構(gòu)的多樣性以及優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì)而在光學(xué)、催化、分子磁體及能量存儲(chǔ)等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。特別是在催化領(lǐng)域，由于多酸化合物同時(shí)具有氧化性和強(qiáng)BrSnsted酸性,使POM可在溫和條件下實(shí)現(xiàn)快速可逆多電子氧化還原轉(zhuǎn)移，同時(shí)POM的酸堿或氧化還原性可通過(guò)改變其組成在很大范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)控。另外，POM本身毒性很小、無(wú)腐蝕易制備，而POM催化的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)副產(chǎn)物又很少，因而它們是一類環(huán)境友好型催化劑。因此，制備和研發(fā)在液相中穩(wěn)定、可重復(fù)使用的多酸基光催化劑具有重大的理論意義和應(yīng)用前景。目前，多酸光催化劑的研究主要集中在多鎢酸鹽和多鑰酸鹽的研究上，多鈮酸鹽(特別是雜多鈮酸鹽)的研究極少出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于探索一種基于多鈮酸鹽的光催化劑及制備方法。本發(fā)明中制備的光催化齊Li的分子式為:Na4[Cu (en) 2 (H2O) 2] 5 [Na6Ge8Nb32O108H8 (OH)4].39H20，光催化活性中心是由十六核鈮籠捕獲四個(gè)鍺金屬中心而構(gòu)筑的雜核鍺鈮酸鹽簇
(Ge4Nb16I。本發(fā)明制備的含有十六核鈮籠的鍺鈮酸鹽化合物是首次合成的，該材料在紫外光照射下顯示出良好的催化降解有機(jī)污染物活性，可循環(huán)使用。本光催化劑的制備方法為:將K7HNb6O19.13H20和氧化鍺溶于蒸餾水中，隨后加入銅的鹽溶液，用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)上述溶液的PH值為9-12，隨后向混合物中加入乙二胺。將上述溶液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，將得到的混合溶液在160-170°C水熱條件下反應(yīng)，即得到紫色塊狀晶體，其中鈮、鍺、銅三種金屬離子質(zhì)量比為88:23:2。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下顯著特點(diǎn): 1.本發(fā)明提供了一種有別于傳統(tǒng)多鎢酸鹽、多鑰酸鹽的夾心型多鈮酸鹽光催化劑，豐富了多酸光催化劑的品種。
2.本催化劑對(duì)亞甲基藍(lán)分子具有較快的光催化降解速率，根據(jù)本發(fā)明提供的思路，可制備和研發(fā)出更多種類的多鈮酸鹽光催化劑。


圖1多鈮酸鹽光催化劑分子結(jié)構(gòu) 圖2多鈮酸鹽光催化劑催化降解亞甲基藍(lán)效果圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:以下實(shí)施中所用藥品均為市售分析純藥品。將0.137 g K7HNb6O19.13H20和0.021 g氧化鍺溶于4 mL蒸餾水中，向上述溶液中逐滴加入2 mL含有0.004 g醋酸銅的溶液，用I M氫氧化鈉水溶液將上述溶液的pH值調(diào)節(jié)到9.50，隨后向混合物中加入乙二胺溶液將上述反應(yīng)體系的pH值調(diào)節(jié)到11.8，將上述溶液轉(zhuǎn)移到23 mL反應(yīng)釜中，于165°C條件下反應(yīng)3天，自然冷卻至室溫后即可得到紫色塊狀晶體。實(shí)施例2:將0.137 g K7HNb6O19.13H20和0.021 g氧化鍺溶于4 mL蒸餾水中，向上述溶液中逐滴加入2 mL含有0.0035 g氯化銅的溶液，用I M氫氧化鈉水溶液將上述溶液的PH值調(diào)節(jié)到9.50，隨后向混合物中加入乙二胺溶液將上述反應(yīng)體系的pH值調(diào)節(jié)到12.0，將上述溶液轉(zhuǎn)移到23 mL反應(yīng)釜中，于170°C條件下反應(yīng)3天，自然冷卻至室溫后即可得到紫色塊狀晶體。實(shí)施例3:將0.137 g K7HNb6O19.13H20和0.021 g氧化鍺溶于4 mL蒸餾水中，向上述溶液中逐滴加入2 mL含有0.0038 g硝酸銅的溶液，用I M氫氧化鈉水溶液將上述溶液的PH值調(diào)節(jié)到9.50，隨后向混合物中加入乙二胺溶液將上述反應(yīng)體系的pH值調(diào)節(jié)到
12.5，將上述溶液轉(zhuǎn)移到23 mL反應(yīng)釜中，于160°C條件下反應(yīng)3天，自然冷卻至室溫后即可得到紫色塊狀晶體。實(shí)施例4:基于多鈮酸鹽的光催化劑的催化性能測(cè)試:
取多鈮酸鹽光催化劑10 mg分散于100 mL亞甲基藍(lán)溶液中(4.0 X 10_4 mol.L—1)，并于黑暗條件下攪拌30分鐘，以達(dá)到吸附解析平衡。使用125 W汞燈照射上述混合物，每隔一段時(shí)間吸取懸濁液上層清夜，使用紫外分光光度計(jì)檢測(cè)染料在光照過(guò)程中吸收光譜的變化。經(jīng)過(guò)60分鐘照射后染料脫色率為99.72%。催化劑循環(huán)使用3次后脫色率未見(jiàn)明顯下降。
權(quán)利要求
1.一種基于多鈮酸鹽的光催化劑的制備方法，其特征在于具體步驟如下:將K7HNb6O19.13H20和氧化鍺溶于蒸餾水中，隨后加入銅的鹽溶液，用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)上述溶液的PH值為9-12，隨后向混合物中加入乙二胺，將上述溶液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，將得到的混合溶液在160-170°C水熱條件下反應(yīng)，即得到紫色塊狀晶體，其中鈮、鍺、銅三種金屬離子質(zhì)量比為88:23:2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:將0.137 g K7HNb6O19* 13H20和0.021g氧化鍺溶于4 mL蒸餾水中，向上述溶液中逐滴加入2 mL含有0.004 g醋酸銅的溶液，用I M氫氧化鈉水溶液將上述溶液的pH值調(diào)節(jié)到9.50，隨后向混合物中加入乙二胺溶液將上述反應(yīng)體系的pH值調(diào)節(jié)到11.8，將上述溶液轉(zhuǎn)移到23 mL反應(yīng)釜中，于165°C條件下反應(yīng)3天，自然冷卻至室溫后即可得到紫色塊狀晶體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法制備的基于多鈮酸鹽的光催化劑，其特征在于:該催化劑可用于光催化降解水中的有機(jī)污染物。
全文摘要
本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)化學(xué)合成領(lǐng)域，具體涉及一種基于多鈮酸鹽的光催化劑及制備方法。本發(fā)明的材料由六鈮酸鉀、醋酸銅、氧化鍺、氫氧化鈉、乙二胺通過(guò)水熱方法制備而成。本發(fā)明可用于亞甲基藍(lán)及與其有相同生色基團(tuán)的有機(jī)染料的降解，亞甲基藍(lán)的脫色率可達(dá)99.7%，因此在工業(yè)染料廢水的處理方面有重要的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B01J31/16GK103084211SQ20121056558
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者張志明, 姚爽, 沈建強(qiáng), 王恩波 申請(qǐng)人:東北師范大學(xué)