專利名稱：一種鉭摻雜氧化鋅納米粉末光催化劑,其制備方法及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種催化劑，具體是一種鉭摻雜氧化鋅納米粉末光催化劑，以 及該催化劑的制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明適用于水中的有機(jī)污染物的光分解凈化 處理，屬于光催化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體光催化氧化物在環(huán)境污染治理領(lǐng)域，能從環(huán)境中降解并除去廢氣廢 水中的有毒有害化學(xué)污染物，特別是在處理工業(yè)有機(jī)廢水方面具有很大的應(yīng)用 空間。目前，光催化領(lǐng)域所采用的光催化劑多為n型半導(dǎo)體氧化物，如ZnO、 Ti 02、 FeA等等。其中ZnO由于其性質(zhì)穩(wěn)定、安全無毒、價格低廉等優(yōu)點(diǎn)而備受 關(guān)注，具有廣闊的前景。但是ZnO催化效率還沒有達(dá)到工業(yè)應(yīng)用水平，因此需 要通過摻雜改性來提高其催化效率。 一般來說，提高光催化材料性能的途徑主 要有以下幾種(1)顆粒細(xì)微納米化；(2)過渡金屬或金屬氧化物摻雜；( 3)非金屬摻雜；(4)半導(dǎo)體復(fù)合技術(shù)；(5)表面負(fù)載；(6)表面光敏等等 。通過上述技術(shù)改變其內(nèi)部電子空穴遷移速率，提高納米氧化鋅的光催化活性
，用于降解有害化學(xué)污染物。
最近十幾年來， 一系列鉭酸鹽成為光催化劑發(fā)展中異軍突起的新材料，例
如，含堿金屬和堿土金屬的鉭酸鹽、稀土摻雜改性的鉭酸鹽都表現(xiàn)出突出的光 催化活性。這些材料可利用光，特別是直接利用太陽能可見光部分，催化分解 水制得氫氣和氧氣方面，取得了突破性進(jìn)展，在太陽能發(fā)電、電池儲能、水處 理領(lǐng)域具有重要和廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種光催化活性較強(qiáng)的新型鉭摻雜氧化鋅納米光催化 劑，本發(fā)明工藝簡單，分散性好，便于規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)，且制備出來的光催化 劑，具有較高的比表面積，在太陽光、紫外光或可見光下，表現(xiàn)出較高的光催 化活性。此外本發(fā)明還提供了該光催化劑的制備方法及應(yīng)用。
本發(fā)明所述的鉭摻雜氧化鋅納米粉末光催化劑，其由以下方法(如圖l)制 備而成，包括
1)將可溶性鋅鹽溶于去離子水中，形成O. 1 0. 5mol/L的鋅鹽溶液，
42) 加入適量的檸檬酸，檸檬酸與可溶性鋅鹽之間的摩爾比為(1 5): 1，
攪拌后，得到透明溶液A;
3) 取適量鉭前體溶液，該鉭前體溶液與鋅鹽溶液的摩爾比為Ta: (Zn+Ta) =0.05% 10%，加入適量乙二醇，乙二醇與檸檬酸的摩爾比為(2 4): 1，形 成溶液B;
4) 將上述溶液A和溶液B混合，在攪拌過程中加入PVP作為表面活性劑，并 以硝酸作為催化劑，攪拌0.5 1小時，使反應(yīng)體系混合均勻，得到透明溶液；
5) 將上述透明溶液在40 80。C加熱，蒸發(fā)溶劑至原質(zhì)量的50 70%，再加 入濃度為1.5X10-3 7.0X10-3g/mL的HPC作為分散劑，以乙酰丙酮作為穩(wěn)定 劑，攪拌后放置在空氣中，老化12 24小時后，再在90 18(TC環(huán)境下，10 2 4小時烘干，形成深灰色多孔粉末前體；
6) 將粉末前體進(jìn)行兩步退火處理，首先300 400° C預(yù)退火1.5 2.5小 時，再600 800° C退火0. 5 1. 5小時，得到鉭摻雜氧化鋅納米粉末(淡黃色)
樣品o
上述步驟l)中可溶性鋅鹽為硫酸鋅、硝酸鋅、氯化鋅或者乙酸鋅，鋅鹽可 以含或不含結(jié)晶水。
上述步驟4)中的PVP與可溶性鋅鹽之間的摩爾比為G 2): 1，硝酸與混
合溶液的體積比為(卜2): 100。
上述步驟5)中乙酰丙酮與可溶性鋅鹽之間的摩爾比為(1 2): 1。 上述步驟l)中的鉅前體溶液的制備方法已獲得中國發(fā)明專利，專利號200 410014962.9，名稱為"穩(wěn)定的水溶性的鈮和鉭前體的制備方法及應(yīng)用"，水溶 性的鉭前體的合成路徑為將五氧化鉭和氫氧化鉀或氫氧化鈉按摩爾比l: (2 一20)混合研磨均勻(堿過量)，放入剛玉坩堝，在400-550'C灼燒反應(yīng)2-4小時， 如450'C灼燒反應(yīng)2.5-3小時，獲得五氧化鉭的氫氧化鉀或鈉的熔體。將熔體溶 于去離子水，過濾后的清液，先加入適量醋酸，溶液中將產(chǎn)生白色的鉭酸沉淀， 再調(diào)節(jié)ra值，使溶液呈酸性(PH〈4),溶液中的鉅以鉭酸形式完全沉淀出來。過濾 后，將白色沉淀用去離子水反復(fù)沖洗，以便去除殘余吸附的鉀離子或鈉離子。 最后，將鉭酸沉淀加入適量的草酸(Oxalic acid， OA)的水溶液，草酸和鉭離 子的摩爾比在20-60，在6(TC加熱攪拌條件下，鉭酸溶解于草酸，過濾后，獲得 穩(wěn)定的鉭的草酸鹽水溶液。溶液中鉭的含量可通過重量法或等離子耦合共振光譜分析(ICP)標(biāo)定。反應(yīng)方程式如下
Ta205+K0H—KTa03
KTa03， +HAc+nH20—KAc +Ta205 nH20
本發(fā)明還提供了上述制備的光催化劑在以太陽光、紫外光或可見光作為 光源條件下催化降解亞甲基藍(lán)、甲基橙、甲基紫或者橙黃基染料水溶液中的應(yīng) 用。
本發(fā)明首次發(fā)現(xiàn)了鉭摻雜氧化鋅納米粉末能在太陽光、紫外光或可見光 下催化分解有機(jī)物染料。其合成方法簡單，且合成的鉭摻雜氧化鋅納米粉末具 有較高的催化活性，本發(fā)明的產(chǎn)率約為100%，產(chǎn)品比表面積約為20 35m2/g 。本發(fā)明能以太陽光作為光源，節(jié)約了大量能源對于能源緊張的現(xiàn)代社會來說， 太陽能的使用無疑是一種較好的選擇。制備的新型鉭摻雜氧化鋅太陽光催化劑 可用于工業(yè)污水的治理，染料廢水的降解等，應(yīng)用范圍較廣。制備的鉭摻雜氧 化鋅催化劑在光催化反應(yīng)后，可以回收處理后，重復(fù)利用。


圖l、鉭摻雜氧化鋅納米粉末的制備工藝流程圖。 圖2、鉭摻雜氧化鋅納米粉末的X射線衍射(XRD)圖。 圖3、鉭摻雜氧化鋅納米粉末的形貌。
圖4、 700° C退火后l小時后的鉭摻雜氧化鋅納米粉末，太陽光催化分解亞 甲基藍(lán)的降解率(％)和催化時間(小時)的關(guān)系曲線，催化劑量2g/L。
圖5、 700° C退火后l小時后的鉭摻雜氧化鋅納米粉末，太陽光催化分解亞 甲基藍(lán)的降解率(％)和鉭摻雜量(摩爾百分比)的關(guān)系曲線，催化劑量l g/L， 催化時間lh。
圖6、不同退火溫度下，退火1小時后的1%鉭摻雜氧化鋅納米粉末，太陽光 催化分解亞甲基藍(lán)的降解率(％)與催化時間的關(guān)系曲線，催化劑量l g/L。
圖7、 700° C退火后1小時后的鉭摻雜氧化鋅納米粉末，可見光(300W氤燈， 波長A》420nm)催化分解亞甲基藍(lán)的降解率(％ )和時間(分鐘)的關(guān)系曲線， 催化劑量lg/L。其中(a)純氧化鋅，(b) 、 (c) 、 (d)分別為3%、 2%、 1% 鉭摻雜氧化鋅。從圖中可知1%鉭摻雜氧化鋅在可見光下的催化效率最高。
圖8、 700° C退火后1小時后的1M鉭摻雜氧化鋅納米粉末的穩(wěn)定性，可見光 催化分解亞甲基藍(lán)的降解率(％)隨放置時間(空氣中放置保存，在催化劑使用前，先120° C干燥2小時)的變化關(guān)系表，催化時間45分鐘，催化劑量l g/L
。實驗表明，該催化劑的穩(wěn)定性較^1，且保存方式簡單。
具體實施例方式
以下結(jié)合實施例對本發(fā)朋進(jìn)行具體說明。 一、催化劑的制備實施例
合成原料鉭的水溶性前體溶液，可溶性鋅鹽(分析純)，乙二醇(分析 純)，硝酸(分析純)，檸檬酸(分析純)，乙酰丙酮(分析純)，聚丙烯吡咯垸 酮(PVP，平均分子量100， 000)，羥基丙基纖維素(HPC，平均摩爾分子量100， 000)，
去離子水。 實施例一
將2. 98g六水硝酸鋅Zn(N03) 2 6H20置于100mL燒杯中，加50mL去離子水， 邊攪拌邊緩慢加入1.92g檸檬酸，直至溶液澄清，形成溶液A;再取2.37g鉭前體 溶液(44.4umol/g)，加入1.24g乙二醇，形成溶液B。再將上述兩種溶液混合， 加入l.llgPVP、 0.55ml硝酸，持續(xù)攪拌0.5小時。50° C下蒸發(fā)溶劑至原質(zhì)量的 70%，再加入O. 24gHPC和1.0g乙酰丙酮，攪拌后放置在空氣中，老化24小時后， 再在140° C下，烘12小時，得到前體粉末。再進(jìn)行400° C退火2小時，再700° C 退火1小時，得到1%鉭摻雜氧化鋅納米粉末樣品。圖2是鉭摻雜氧化鋅納米粉末 的X射線衍射(XRD)圖。圖中(a)無摻雜氧化鋅700。 C退火1小時后的XRD圖譜， (b) 、 (c) 、 (d) 、 (e)分別為1%、 2%、 3%、 4%鉭摻雜氧化鋅700° C 退火1小時后的納米粉末的XRD圖譜。鉭摻雜量小于4%時，XRD圖上的衍射峰全 部對應(yīng)與ZnO的峰，少量鉭摻雜并未改變ZnO的晶體結(jié)構(gòu)；鉭摻雜量大于或等于 4%時，ZnTa206相出現(xiàn)。圖3是鉭摻雜氧化鋅納米粉末的形貌。1%鉭摻雜氧化 鋅700° C退火1小時后的TEM圖。晶粒尺寸在30nm左右，比表面積約25.8m2/g。 實施例二
將1.90g硝酸鋅Zn(N03)2置于100mL燒杯中，加60mL去離子水，邊攪拌邊緩 慢加入9.61g檸檬酸，直至溶液澄清，形成溶液A;再取4.81g鉭前體溶液(44.4 ymol/g)，加入1.86g乙二醇，形成溶液B。再將上述兩種溶液混合，加入l. 2 gPVP、 0.70ml硝酸，持續(xù)攪拌0.5小時。50° C下蒸發(fā)溶劑至原質(zhì)量的60X，再 加入O. 06g HPC和1.5g乙酰丙酮，攪拌后放置在空氣中，老化12小時后，再在 120° C下，烘12小時，得到前體粉末。再進(jìn)行400° C退火2小時，再700° C退火
7l小時，得到2%鉭摻雜氧化鋅納米粉末樣品。 實施例三
將1.90g硝酸鋅Zn(N03)2置于100mL燒杯中，加50mL去離子水，邊攪拌邊緩 慢加入9.61g檸檬酸，直至溶液澄清，形成溶液A;再取4.81g鉅前體溶液(44.4 umol/g)，加入1.86g乙二醇，形成溶液B。再將上述兩種溶液混合，加入1.2 gPVP、 0.55ml硝酸，持續(xù)攪拌0.5小時。50° C下蒸發(fā)溶劑至原質(zhì)量的60X，再 加入O. lg HPC和l. 5g乙酰丙酮，攪拌后放置在空氣中，老化12小時后，再在 120° C下，烘12小時，得到前體粉末。再進(jìn)行400° C退火2小時，再700° C退火 l小時，得到2%鉭摻雜氧化鋅納米粉末樣品。 實施例四
將2.84g七水硫酸鋅Zn(S04)2 7H20置于200mL燒杯中，加100mL去離子水， 邊攪拌邊緩慢加入3.84g檸檬酸，直至溶液澄清，形成溶液A;再取2.37g鉅前體 溶液(44.4umol/g)，加入1.5g乙二醇，形成溶液B。再將上述兩種溶液混合， 加入1.5gPVP、 1.55ml硝酸，持續(xù)攪拌0.5小時。50° C下蒸發(fā)溶劑至原質(zhì)量的5 0%，再加入0.3g HPC和l. 4g乙酰丙酮，攪拌后放置在空氣中，老化18小時后， 再在90° C下，烘24小時，得到前體粉末。再進(jìn)行300° C退火1.5小時，再800° C 退火1.5小時，得到1%鉭摻雜氧化鋅納米粉末樣品。 實施例五
將1.62g硫酸鋅Zn(S04)2置于100mL燒杯中，加20mL去離子水，邊攪拌邊緩 慢加入1.92g檸檬酸，直至溶液澄清，形成溶液A;再取2.37g鉭前體溶液(44.4 ixmol/g)，加入2.48g乙二醇，形成溶液B。再將上述兩種溶液混合，加入l. 11 g PVP、 0.25ml硝酸，持續(xù)攪拌40分鐘。40° C下蒸發(fā)溶劑至原質(zhì)量的70X，再 加入0.05g HPC和1.5g乙酰丙酮，攪拌后放置在空氣中，老化24小時后，再在 140° C下，烘12小時，得到前體粉末。再進(jìn)行35(T C退火2.5小時，再700° C 退火1.5小時，得到1%鉭摻雜氧化鋅納米粉末樣品。 實施例六
將2.20g二水乙酸鋅Zn(Ac)2 2H20置于100mL燒杯中，加40mL去離子水，邊 攪拌邊緩慢加入1.92g檸檬酸，直至溶液澄清，形成溶液A;再取4.81g鉭前體溶 液(44.4nmol/g)，加入1.86g乙二醇，形成溶液B。再將上述兩種溶液混合， 加入1.5g PVP、 0.45ml硝酸，持續(xù)攪拌0.5小時。50° C下蒸發(fā)溶劑至原質(zhì)量的
870%，再加入O. lgHPC和1.0g乙酰丙酮，攪拌后放置在空氣中，老化24小時后， 再在140° C下，烘12小時，得到前體粉末。再進(jìn)行400° C退火2小時，再600° C 退火1.5小時，得到2%鉭摻雜氧化鋅納米粉末樣品。 實施例七
將1.84g乙酸鋅Zn(AC)2置于100mL燒杯中，加60mL去離子水，邊攪拌邊緩慢 加入1.92g檸檬酸，直至溶液澄清，形成溶液A;再取2.37g鉭前體溶液(44.4 umol/g)，加入2.0g乙二醇，形成溶液B。再將上述兩種溶液混合，加入2.22g PVP、 1.35ml硝酸，持續(xù)攪拌0.5小時。50° C下蒸發(fā)溶劑至原質(zhì)量的70X，再加 入0.2gHPC和1.0g乙酰丙酮，攪拌后放置在空氣中，老化24小時后，再在140° C 下，烘12小時，得到前體粉末。再進(jìn)行40(T C退火2小時，再700° C退火l小時， 得到1%鉭摻雜氧化鋅納米粉末樣品。 實施例八
將l. 91g三水氯化鋅Zn (Cl) 2 3H20置于100mL燒杯中，加70mL去離子水， 邊攪拌邊緩慢加入1.92g檸檬酸，直至溶液澄清，形成溶液A;再取2.37g鉭前體 溶液(44.4ixmol/g)，加入1.50g乙二醇，形成溶液B。再將上述兩種溶液混合， 加入1.5g PVP、 0.75ml硝酸，持續(xù)攪拌0.5小時。50° C下蒸發(fā)溶劑至原質(zhì)量的 70%,再加入0.4gHPC和1.5g乙酰丙酮，攪拌后放置在空氣中，老化24小時后， 再在140° C下，烘12小時，得到前體粉末。再進(jìn)行40(T C退火2小時，再700° C 退火1小時，得到1%鉭摻雜氧化鋅納米粉末樣品。 實施例九
將1.36g氯化鋅Zn (Cl) 2置于100mL燒杯中，力B50mL去離子水，邊攪拌邊緩 慢加入1.92g擰檬酸，直至溶液澄清，形成溶液A;再取4.81g鉭前體溶液(44.4 !xmol/g)，加入1.50g乙二醇，形成溶液B。再將上述兩種溶液混合，加入1.5 gPVP、 1. 10ml硝酸，持續(xù)攪拌0.5小時。70° C下蒸發(fā)溶劑至原質(zhì)量的60X，再 加入0.3g HPC和1.5g乙酰丙酮，攪拌后放置在空氣中，老化24小時后，再在18 0° C下，烘10小時，得到前體粉末。再進(jìn)行30(T C退火1.5小時，再800° C退火 l小時，得到2%鉭摻雜氧化鋅納米粉末樣品。 實施例十
將2.98g六水硝酸鋅Zn(N03)2 6H20置于100mL燒杯中，加40mL去離子水， 邊攪拌邊緩慢加入1.92g檸檬酸，直至溶液澄清，形成溶液A;再取20.02g鉭前體溶液(44. 4 tx mol/g)，加入2. 0g乙二醇，形成溶液B。再將上述兩種溶液混合， 加入2.0gPVP、 0.65ml硝酸，持續(xù)攪拌O. 5小時。80° C下蒸發(fā)溶劑至原質(zhì)量的6 0%，再加入0.3g HPC和2.0g乙酰丙酮，攪拌后放置在空氣中，老化24小時后， 再在140° C下，烘12小時，得到前體粉末。再進(jìn)行300° C退火1.5小時，再800。 C 退火1.5小時，得到10%鉭摻雜氧化鋅納米粉末樣品。 實施例十一
將2.98g六水硝酸鋅Zn(N03)2 6H20置于100mL燒杯中，力卩50mL去離子水， 邊攪拌邊緩慢加入3. 84g檸檬酸，直至溶液澄清，形成溶液A;再取2. 37g鉭前體 溶液(44.4umol/g)，加入2.0g乙二醇，形成溶液B。再將上述兩種溶液混合， 加入2.0gPVP、 0.65ml硝酸，持續(xù)攪拌O. 5小時。80° C下蒸發(fā)溶劑至原質(zhì)量的6 0%，再加入0.2g HPC和1.2g乙酰丙酮，攪拌后放置在空氣中，老化12小時后， 再在IOO。 C下，烘16小時，得到前體粉末。再進(jìn)行450° C退火1.5小時，再800。 C 退火1.5小時，得到1%鉭摻雜氧化鋅納米粉末樣品。 二、鉭摻雜氧化鋅納米粉末光催化劑的應(yīng)用實施例
本發(fā)明所示的新型鉭摻雜氧化鋅納米粉末可用于光催化，以太陽光、紫外 光或可見光作為光源。光催化反應(yīng)在攪拌條件下進(jìn)行，加入一定量催化劑(0. 1 5g/L)，在一定時間內(nèi)(0.5 3h)，降解一定濃度(5 15mg/L)的亞甲基藍(lán) 、甲基橙、甲基紫或者橙黃基等染料的水溶液。例如，催化降解10mg/L亞甲基 藍(lán)溶液，取50 100mL亞甲基藍(lán)溶液，加入催化劑(0. 1 5g/L)，避光條件下攪 拌或超聲分散5 15分鐘，攪拌繼續(xù)進(jìn)行，在可見光、紫外光或太陽光下催化反 應(yīng)，每隔一段時間后(10 30min)，取樣3.5 5mL溶液樣品，經(jīng)過離心分離除 去催化劑粉末后，用分光光度計測定溶液的吸光度來檢測溶液濃度的變化，從 而計算出有機(jī)物的降解率。其中，降解率為初始染料水溶液的濃度與反應(yīng)后的 濃度的差值，再比上初始染料溶液的濃度后得到的值。
具體的光催化實驗如下 實施例l
合成條件同具體合成實施例一，得到的1%鉭摻雜氧化鋅納米粉末。用該淡 黃色粉末(2g/L)降解50mL濃度為10mg/L的亞甲基藍(lán)溶液，室溫下在超聲浴里 避光超聲10分鐘后，250W紫外燈下(波長入=365 nm)反應(yīng)2. 5小時，降解率達(dá) 到了80%。圖4是700° C退火后l小時后的鉭摻雜氧化鋅納米粉末，太陽光催化分解亞甲基藍(lán)的降解率(％)和催化時間(小時)的關(guān)系曲線，催化劑量2g/L
實施例2:
合成條件同具體合成實施例一，最終產(chǎn)物為淡黃色l %鉭摻雜氧化鋅納米粉
末。用得到的粉末(lg/L)降解50mL濃度為10mg/L的亞甲基藍(lán)溶液，室溫下避 光超聲10分鐘，太陽光下反應(yīng)l小時，降解率達(dá)到了90%以上。該催化劑在太陽 光下展示了較好的催化效果。圖5是700° C退火后l小時后的鉭摻雜氧化鋅納米 粉末，太陽光催化分解亞甲基藍(lán)的降解率(％)和鉭摻雜量(摩爾百分比)的 關(guān)系曲線，催化劑量l g/L，催化時間lh。
圖6是不同退火溫度下，退火1小時后的1%鉭摻雜氧化鋅納米粉末，太陽光 催化分解亞甲基藍(lán)的降解率(％)與催化時間的關(guān)系曲線，催化劑量lg/L。 實施例3:
合成條件同具體合成實施例一，得到的淡黃色1%鉭摻雜氧化鋅納米粉末。 在光催化實施例二相同的條件下，可見光(300W氙燈，波長A》420mn)取代太 陽光進(jìn)行光催化降解實驗，可見光下反應(yīng)45分鐘，降解率達(dá)到了95%以上。
圖7是700° C退火后l小時后的鉭摻雜氧化鋅納米粉末，可見光(300W氙燈， 波長入》420nm)催化分解亞甲基藍(lán)的降解率(％ )和時間(分鐘)的關(guān)系曲線， 催化劑量lg/L。其中(a)純氧化鋅，(b) 、 (c) 、 (d)分別為3%、 2%、 1% 鉭摻雜氧化鋅。從圖中可知1%鉭摻雜氧化鋅在可見光下的催化效率最高。
圖8是700° C退火后1小時后的W鉭摻雜氧化鋅納米粉末的穩(wěn)定性，可見光 催化分解亞甲基藍(lán)的降解率(％)隨放置時間(空氣中放置，催化劑使用前12 0° C干燥2小時)的變化關(guān)系表，催化時間50分鐘，催化劑量lg/L。實驗表明， 該催化劑的穩(wěn)定性較好，且保存方式簡單。 實施例4:
合成條件同具體合成實施例一，退火溫度由700。 C變成800° C，最終產(chǎn)物 為淡黃色1%鉭慘雜氧化鋅納米粉末。用得到的粉末(2g/L)降解10mg/L的亞甲 基藍(lán)溶液，室溫下避光攪拌20分鐘，太陽光下反應(yīng)l小時，降解率達(dá)到了95%以 上。
實施例5:
合成條件同具體合成實施例一，硫酸鋅用硝酸鋅替換，700° C退火l小時后，
11采用與光催化實施例二相同的條件，進(jìn)行光催化降解 實驗，太陽光下反應(yīng)l小時，降解率達(dá)到了90%。
實施例6:
合成條件同具體合成實施例二，得到的淡黃色2%鉭摻雜氧化鋅納米粉末。 在光催化實施例二相同的條件下，進(jìn)行光催化降解實驗，太陽光下反應(yīng)2小時， 降解率達(dá)到了95%以上。
權(quán)利要求
1、一種鉭摻雜氧化鋅納米粉末光催化劑，其特征在于由以下方法制備而成，包括1)將可溶性鋅鹽溶于去離子水中，形成0.1～0.5mol/L的鋅鹽溶液，2)加入適量的檸檬酸，檸檬酸與可溶性鋅鹽之間的摩爾比為(1～5)1，攪拌后，得到透明溶液A；3)取適量鉭前體溶液，該鉭前體溶液與鋅鹽溶液的摩爾比為Ta:(Zn+Ta)＝0.05％～10％，加入適量乙二醇，乙二醇與檸檬酸的摩爾比為(3～8)1，形成溶液B；4)將上述溶液A和溶液B混合，在攪拌過程中加入PVP作為表面活性劑，并以硝酸作為催化劑，攪拌0.5～1小時，使反應(yīng)體系混合均勻，得到透明溶液；5)將上述透明溶液在40～80℃加熱，蒸發(fā)溶劑至原質(zhì)量的50～70％，再加入濃度為1.5×10-3～7.0×10-3g/mL的HPC作為分散劑，以乙酰丙酮作為穩(wěn)定劑，攪拌后放置在空氣中，老化12～24小時后，再在90～180℃環(huán)境下，10～24小時烘干，形成深灰色多孔粉末前體；6)將粉末前體進(jìn)行兩步退火處理，首先300～400℃預(yù)退火1.5～2.5小時，再500～800℃退火0.5～1.5小時，得到鉭摻雜氧化鋅納米粉末樣品。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的鉭摻雜氧化鋅納米粉末光催化劑，其特征在于步 驟l)中可溶性鋅鹽為硫酸鋅、硝酸鋅、氯化鋅或者乙酸鋅，且鋅鹽可以含或不 含結(jié)晶水。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鉭摻雜氧化鋅納米粉末光催化劑，其特征在于 步驟4)中的PVP與乙二醇的摩爾比為1: (8 12)，硝酸與混合溶液的體積比為Cl 2): 100。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鉭摻雜氧化鋅納米粉末光催化劑，其特征在于 步驟5)中乙酰丙酮與可溶性鋅鹽之間的摩爾比為(1 2): 1。
5、 一種鉅摻雜氧化鋅納米粉末光催化劑的制備方法，其特征在于包括以下 步驟1) 將可溶性鋅鹽溶于去離子水中，形成O. 1 0.5mol/L的鋅鹽溶液，2) 加入適量的檸檬酸，檸檬酸與可溶性鋅鹽之間的摩爾比為(1 5): 1， 攪拌后，得到透明溶液A;取適量鉭前體溶液，該鉭前體溶液與鋅鹽溶液的摩爾比為Ta: (Zn+Ta)=0.05% 10%，加入適量乙二醇，乙二醇與檸檬酸的摩爾比為(2 4): 1，形成溶液B;4) 將上述溶液A和溶液B混合，在攪拌過程中加入PVP作為表面活性劑，并 以硝酸作為催化劑，攪拌0.5 1小時，使反應(yīng)體系混合均勻，得到透明溶液；5) 將上述透明溶液在40 80'C加熱，蒸發(fā)溶劑至原質(zhì)量的50 70%，再加 入濃度為1.5X10-3 7.0X10-3g/mL的HPC作為分散劑，以乙酰丙酮作為穩(wěn)定 劑，攪拌后放置在空氣中，老化12 24小時后，再在90 180'C環(huán)境下，10 2 4小時烘干，形成深灰色多孔粉末前體；6) 將粉末前體進(jìn)行兩步退火處理，首先300 400° C預(yù)退火l. 5 2. 5小時， 再600 800° C退火0.5 1.5小時，得到鉭摻雜氧化鋅納米粉末樣品。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的鉭摻雜氧化鋅納米粉末光催化劑的制備方法，其 特征在于步驟l)中可溶性鋅鹽為硫酸鋅、硝酸鋅、氯化鋅或者乙酸鋅，且鋅鹽 可以含或不含結(jié)晶水。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的鉭摻雜氧化鋅納米粉末光催化劑的制備方法， 其特征在于步驟4)中的PVP與與可溶性鋅鹽之間的摩爾比為(1 2): 1，硝酸 與混合溶液的體積比為G 2): 100。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的鉭摻雜氧化鋅納米粉末光催化劑的制備方法， 其特征在于步驟5)中乙酰丙酮與可溶性鋅鹽之間的摩爾比為(1 2): 1。
9、 權(quán)利要求l所述的光催化劑在以太陽光、紫外光或可見光作為光源條件 下催化降解亞甲基藍(lán)、甲基橙、甲基紫或者橙黃基染料水溶液中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鉭摻雜氧化鋅納米粉末光催化劑，其制備方法及應(yīng)用。該催化劑制備方法是將可溶性鋅鹽溶于去離子水中形成鋅鹽溶液，加入適量的檸檬酸得到透明溶液A；再取適量鉭前體溶液，加入適量乙二醇形成溶液B；將兩種溶液混合，在攪拌過程中加入PVP和硝酸，攪拌0.5～1小時，得到透明溶液；將透明溶液加熱，蒸發(fā)至原質(zhì)量的50～70％，再加入為分散劑和穩(wěn)定劑，攪拌后置于空氣中，老化、烘干，形成粉末前體；再進(jìn)行退火處理，得到樣品。本催化劑能在太陽光、紫外光或可見光下催化分解有機(jī)物染料。其合成方法簡單，且合成的鉭摻雜氧化鋅納米粉末具有較高的催化活性，本發(fā)明的產(chǎn)率約為100％，產(chǎn)品比表面積約為20～35m²/g。
文檔編號B01J23/16GK101433833SQ200810021689
公開日2009年5月20日 申請日期2008年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月14日
發(fā)明者迪 吳, 孔繼周, 李愛東, 翟海法, 閔乃本 申請人:南京大學(xué)