一種新型的鈮酸鉍鈣鈉光催化材料的制備方法及其應用
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種紫外光響應的新型鈮酸鉍鈣鈉光催化材料CaNa2Bi2Nb4O15及其制備方法，屬于無機光催化材料領域。
【背景技術】
[0002]隨著現(xiàn)代社會經濟和工業(yè)技術的發(fā)展，人們逐漸對傳統(tǒng)能源的枯竭、環(huán)境污染問題提高重視，解決這些問題是實現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展、提高人民生活質量和保障國家安全的需要。光催化氧化技術作為高級氧化技術的一種，由于其具有環(huán)境友好，能有效去除環(huán)境中尤其是廢水中的污染物而且耗能較少，無二次污染等優(yōu)點受到眾多研究者的青睞。
[0003]自從第一篇Ti02光解水的文章發(fā)表以來，Ti02作為一種典型的光催化材料而受到人們的廣泛關注，T12因具有對化學和生物的惰性、無毒性、高穩(wěn)定性和低成本等優(yōu)點，被認為是最有潛在應用價值的半導體光催化劑。但是T12的兩個固有缺陷限制了它的實際應用:(I)T12的帶隙較寬，太陽光利用率低，只能被波長小于386.5納米的紫外光有效激發(fā)；
(2)Ti02中光激發(fā)產生的電子與空穴非常容易復合，導致其光量子效率極低。除了對1102進行改性研究外，人們也以極大的熱情開始關注新半導體材料的開發(fā)。
[0004]研究發(fā)現(xiàn)，一系列鈮(鉭)酸鹽光催化劑由于具有較高的光催化活性而被廣泛研究。例如，鈮酸鹽光催化劑祀恥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，都具有較好的光催化性能。另外，很多含Bi元素的氧化物研究發(fā)現(xiàn)具有較高的光催化活性，其中Bi2O3就是一種重要的半導體光催化材料，它的禁帶寬度為2.8 eV，具有可見光吸收能力。眾所周知，光催化劑的活性與光生電荷的迀移率以及催化劑中導帶和價帶的位置密切相關。金屬氧化物光催化劑中，價帶頂通常由O 2p道構成。然而，含有Bi元素的材料的價帶大部分由O 2p和Bi 6s混合軌道組成，而導帶由Bi 6p軌道組成。Bi 6s電子的分散程度很大，形成的較寬的價帶可以增加光生電荷的迀移率。三價鉍的復合物諸如Bi2Mo06、Bi2Mo3O^BiVO4和Bi2WO4也被報道均具有較好的光催化性能。中國專利CN 103877967A公開了一種可見光響應的光催化劑Li3Nb3Bi2O12及其制備方法，該材料穩(wěn)定性較好，具有良好的應用前景;又如中國專利CN 101362084A報道了一種納米光催化材料Bi3NbO7,其光催化活性較高。
[0005]在此基礎上，我們對鈮酸鉍鈣鈉CaNa2Bi2Nb4O15M料的光催化活性進行了研究，發(fā)現(xiàn)該化合物具有優(yōu)異的紫外光響應光催化性能，且均未見報道。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種紫外光響應的鈮酸鉍鈣鈉CaNa2Bi2Nb4O15光催化材料的制備方法及應用。
[0007]為達到以上目的，本發(fā)明采用的技術方案是:
一種紫外光響應的鈮酸鉍鈣鈉光催化材料的應用，所述鈮酸鉍鈣鈉的化學組成通式為:CaNa2Bi2Nb4〇i5。
[0008]第一種如上所述的紫外光響應的鈮酸鉍鈣鈉光催化材料的制備方法，采用高溫固相法制備得到粉體，包括以下步驟:
(1)將99.9%分析純級別的含鈣元素，鈉元素，鉍元素，鈮元素的化學原料按CaNa2Bi2Nb40i5化學式稱量配料，在瑪瑙研缽中研磨，均勾混合化學原料；
(2)將步驟(I)得到的混合物進行預煅燒I?2次，煅燒溫度為300?950°C，煅燒時間為I?16小時，選擇空氣氣氛，煅燒結束自然冷卻后，再次研磨并混合均勻；
(3 )將步驟(2)得到的混合物進行最終煅燒，煅燒溫度為1000?1250 V，煅燒時間為I?16小時，選擇空氣氣氛，煅燒結束后將樣品自然冷卻，研磨均勻后即得到一種新型鈮酸鉍鈣鈉光催化材料粉末。
[0009]以上步驟所述的含鈉元素的化合物為氧化鈉、碳酸鈉、氫氧化鈉、碳酸氫鈉、氯化鈉、硝酸鈉中的一種;所述的含有鈣元素的化合物為氧化鈣、碳酸鈣、氫氧化鈣、氯化鈣、硝酸鈣中的一種;所述的含有鉍元素的化合物為三氧化二鉍、硝酸鉍、堿式碳酸鉍、氫氧化鉍中的一種;所述的含有鈮元素的化合物為五氧化二鈮、二氧化鈮、氫氧化鈮、氯化鈮中的一種。
[0010]以上步驟(2)所述的煅燒溫度為350?900V，煅燒時間為2?15小時；步驟(3)所述的煅燒溫度為1000?12000C，煅燒時間為2?15小時。
[0011]第二種如上所述的紫外光響應的鈮酸鉍鈣鈉光催化材料的制備方法，采用化學溶液法，包括以下步驟:
(1)將含鈣元素，鈉元素，鉍元素，鈮元素的化學原料按CaNa2Bi2Nb4O15化學式稱量配料，分別溶于稀鹽酸中，分別加入適量的檸檬酸或草酸，充分攪拌至完全溶解；
(2)將步驟(I)所得的溶液混合，繼續(xù)攪拌，然后放置烘箱中80?100°C陳化干燥，得到前驅體；
(3)將步驟(2)所得前驅體放入馬弗爐中煅燒，選擇空氣氣氛，煅燒溫度為900?1200°C，煅燒時間為2?18小時，煅燒結束后將樣品自然冷卻，研磨均勻即得到一種新型鈮酸鉍鈣鈉光催化材料粉末。
[0012]以上步驟所述的含鈉元素的化合物為氧化鈉、碳酸鈉、氫氧化鈉、碳酸氫鈉、氯化鈉、硝酸鈉中的一種;所述的含有鈣元素的化合物為氧化鈣、碳酸鈣、氫氧化鈣、氯化鈣、硝酸鈣中的一種;所述的含有鉍元素的化合物為三氧化二鉍、硝酸鉍、堿式碳酸鉍、氫氧化鉍中的一種;所述的含有鈮元素的化合物為五氧化二鈮、二氧化鈮、氫氧化鈮、氯化鈮中的一種。
[0013]步驟(3)所述的煅燒溫度優(yōu)選為950?1150°C，煅燒時間為3?17小時。
[0014]第三種如上所述的紫外光響應的鈮酸鉍鈣鈉光催化材料的制備方法，采用共沉淀法，包括以下步驟:
(1)將含鈣元素，鈉元素，鉍元素，鈮元素的化學原料按CaNa2Bi2Nb4O15化學式稱量配料，分別溶于稀鹽酸中，分別加入適量的檸檬酸或草酸，充分攪拌至完全溶解；
(2)將步驟(I)所得的溶液混合，繼續(xù)攪拌2小時，在攪拌的情況下，逐滴加入體積分數(shù)10%的氨水，調節(jié)pH到8?9 ；
(3)將步驟(2)所得沉淀物過濾洗滌，放置烘箱中干燥，得到前驅體；
(4)將步驟(3)所得前驅體放入馬弗爐中煅燒，選擇空氣氣氛，煅燒溫度為900?1200°C，煅燒時間為2?18小時，煅燒結束后將樣品自然冷卻，研磨均勻即得到一種新型鈮酸鉍鈣鈉光催化材料粉末。
[0015]以上步驟所述的含鈉元素的化合物為氧化鈉、碳酸鈉、氫氧化鈉、碳酸氫鈉、氯化鈉、硝酸鈉中的一種;所述的含有鈣元素的化合物為氧化鈣、碳酸鈣、氫氧化鈣、氯化鈣、硝酸鈣中的一種;所述的含有鉍元素的化合物為三氧化二鉍、硝酸鉍、堿式碳酸鉍、氫氧化鉍中的一種;所述的含有鈮元素的化合物為五氧化二鈮、二氧化鈮、氫氧化鈮、氯化鈮中的一種。
[0016]步驟(4)所述的煅燒溫度優(yōu)選為950?1150 °C，煅燒時間為3?17小時。
[0017]以上所述的鈮酸鉍鈣鈉CaNa2Bi2Nb4O15光催化材料光催化活性良好，在紫外光照射下能夠有效分解亞甲基藍等化學有害物質，是一種具有發(fā)展?jié)摿Φ墓獯呋牧稀?br>[0018]與現(xiàn)有技術方案相比，本發(fā)明技術方案優(yōu)點在于:
1、鈮酸鉍鈣鈉CaNa2Bi2Nb4O15光催化材料所采用的制備方法簡單，原料豐富成本較低，。
[0019]2、鈮酸鉍鈣鈉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學有害物質。
[0020]3、所制備的CaNa2Bi2Nb4O15光催化劑顆粒均勻，化學穩(wěn)定性較好，吸收光波長范圍較寬，光催化性能良好。
[0021]4、本發(fā)明無廢水廢氣排放，對環(huán)境友好，且易于工業(yè)化生產。
[0022]
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明實施例1所制得的CaNa2Bi2Nb4O15樣品的X射線粉末衍射圖譜；
圖2為本發(fā)明實施例1所制得的CaNa2Bi2Nb4O1^品的掃描電子顯微鏡SEM圖譜；
圖3為本發(fā)明實施