一種五氧化二鈮海膽狀納米微球的制備方法及其作為光催化劑的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料和催化劑領(lǐng)域，特別涉及一種五氧化二鈮海膽狀納米微球的制備方法及其作為光催化劑的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]通過光催化的方法，充分利用太陽光，來有效降解有毒有機污染物是解決目前全球性的環(huán)境惡化和能源危機的一個重要途徑。其中，以半導(dǎo)體氧化物為催化劑的多相催化光催化過程，可以實現(xiàn)在室溫下直接利用太陽光將幾乎全部有機污染物礦化無二次污染，受到了各國研究者的關(guān)注。在半導(dǎo)體催化劑中，Nb205雖然屬于寬禁帶氧化物(3.2?4.0eV)，但是Nb205具有耐酸堿、耐光腐蝕等優(yōu)點，在光敏化染料電池、光催化合成、光催化降解有機污染物等方面受到了研究者的重視。專利中已有納米粉體(CN 101700910, 一種球形納米級五氧化二鈮粉體的制備方法)、納米空心球(CN 101746826 B 一種制備五氧化二鈮納米空心球的方法)和納米線(CN 103253708 B 一種醋酸溶劑熱制備五氧化二鈮納米線的方法)報道，然而還沒有五氧化二鈮海膽狀納米微球報道。
[0003]本專利以鈮的可溶性絡(luò)合物為前驅(qū)體，利用醇和水的比例來調(diào)節(jié)溶液極性，調(diào)控可溶性鈮鹽的水解速率、鈮酸的生長速率和醇在某一晶面的擇優(yōu)吸附，合成形貌、晶相可控的五氧化二鈮海膽狀納米微球，進而調(diào)控氧化鈮的表界面性質(zhì)，實現(xiàn)了可見光下高效降解染料分子。本專利為開發(fā)具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的氧化鈮高效光催化材料奠定基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]綜上所述，為了達到上述目的，本發(fā)明所提供了一種制備五氧化二鈮海膽狀納米微球的制備方法及其作為光催化劑的應(yīng)用。
[0005]該制備方法包括如下步驟:
步驟一:在室溫下，按照體積比20:1?1:100量取醇和去離子水，攪拌均勻備用；步驟二:稱取0.1?10質(zhì)量份的可溶性鈮鹽，溶解于步驟一所得的溶液中，攪拌0.5?5小時，形成透明的溶液備用；
步驟三:將步驟二所得的透明溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，裝填量為釜體積的50%?70%，水熱反應(yīng)溫度為100?220°C，反應(yīng)時間為8?96小時，反應(yīng)后將反應(yīng)釜自然降至室溫，再經(jīng)洗滌，干燥，即得到五氧化二鈮海膽狀納米微球。
[0006]進一步，所述的的醇包括:甲醇、或乙醇、或丙醇，或丁醇等一元醇，以及乙二醇、丙三醇等多元醇。
[0007]進一步，所述的可溶性鈮鹽包括:草酸鈮銨或五氯化鈮或鈮酸的氟化氫溶解液等。
[0008]—種五氧化二鈮海膽狀納米微球作為光催化劑的應(yīng)用。
[0009]有益效果:
1、本發(fā)明所合成的五氧化二鈮海膽狀納米微球具有較好的形貌，微球的直徑約400-500納米，表面為直徑5-10納米，長為50-100納米的納米棒，產(chǎn)品比表面積大，具有多級微結(jié)構(gòu)；其工藝該方法具有反應(yīng)溫度低，成本低，簡單，重復(fù)性好的優(yōu)點，可以根據(jù)所選擇的醇類、醇水比例以及可溶性鈮鹽等條件，合成出具有不同形貌的材料的特點。
[0010]2、本發(fā)明所合成的五氧化二鈮海膽狀納米微球可以作為固體酸催化劑，也可應(yīng)用于光敏化染料電池，鋰離子電池中。本發(fā)明還涉及了所合成的五氧化二鈮海膽狀納米微球作為光催化劑應(yīng)用于光催化有機合成以及光催化降解水中染料的環(huán)境催化中。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明所制備的五氧化二鈮海膽狀納米微球的X射線衍射圖。
[0012]圖2為本發(fā)明所制備的五氧化二鈮海膽狀納米微球的掃描電鏡圖。
[0013]圖3為本發(fā)明所制備的五氧化二鈮海膽狀納米微球的透射電鏡圖。
[0014]圖4為本發(fā)明所制備的五氧化二鈮海膽狀納米微球的光降解效率圖。
【具體實施方式】
[0015]以下結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的說明:
實施例1
一種制備五氧化二鈮海膽狀納米微球的制備方法，包括如下步驟:
在室溫下(10-40°C)，1.5g草酸鈮銨溶解于70ml體積比為1:1的乙醇和水溶液中，超聲10分鐘，磁力攪拌0.5小時，形成澄清透明的溶液，然后將溶液轉(zhuǎn)移至100ml的具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，180°C水熱反應(yīng)24小時，冷卻到室溫后，用濾紙過濾，用2000?3000毫升的蒸餾水洗滌，然后用無水乙醇洗滌。將濾出物在100°C下干燥8小時，得到海膽狀五氧化二鈮納米微球。
[0016]圖1為本實施例1所制備的海膽狀五氧化二鈮納米微球的X射線衍射圖，2Θ值為 22.7。,28.5。,36.6。,46.3。,50.8。,55.2。,56.2。,58.6。的衍射峰分別歸屬于(001)，(100)，(101)，(002)，(110)，(102)，(111)，(200)晶面的衍射峰，說明所獲得的材料為六方相的五氧化二鈮(PDF#，28-0317)。
[0017]圖2為本實施例1所制備的海膽狀五氧化二鈮納米微球的掃描電鏡圖，由圖2可以看出所合成的五氧化二鈮海膽狀納米微球具有較好的形貌，微球的直徑約400?500納米，表面為直徑5?10納米，長為50?100納米的納米棒。
[0018]圖3為本實施例1所制備的海膽狀五氧化二鈮納米微球的透射電鏡圖，由圖中可以看出所合成的五氧化二鈮海膽狀納米微球的直徑約400?500納米，表面為直徑5?10納米，長為50?100納米的納米棒。晶面間距為0.39納米的晶面可歸屬于六方相的五氧化二鈮的(001)晶面。
[0019]圖4為本實施例1所制備的海膽狀五氧化二鈮納米微球可見光下降解染料羅丹明B的催化降解效率隨光照時間的曲線圖。
[0020]實施例2
一種制備五氧化二鈮海膽狀納米微球的制備方法，包括如下步驟:
在室溫下(10-40°C)，1.5g草酸鈮銨溶解于70ml體積比為1:4的乙醇和水溶液中，超聲10分鐘，磁力攪拌0.5小時，形成澄清透明的溶液，然后將溶液轉(zhuǎn)移至100ml的具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，180°C水熱反應(yīng)24小時，冷卻到室溫后，用濾紙過濾，用2000?3000毫升的蒸餾水洗滌，然后用無水乙醇洗滌。將濾出物在100°C下干燥8小時，得到海膽狀五氧化二鈮納米微球。
[0021]實施例3
一種制備五氧化二鈮海膽狀納米微球的制備方法，包括如下步驟:
在室溫下(10-40°C)，1.5g草酸鈮銨溶解于70ml體積比為1:2的丙醇和水溶液中，超聲10分鐘，磁力攪拌0.5小時，形成澄清透明的溶液，然后將溶液轉(zhuǎn)移至100ml的具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，180°C水熱反應(yīng)24小時，冷卻到室溫后，用濾紙過濾，用2000?3000毫升的蒸餾水洗滌，然后用無水乙醇洗滌。將濾出物在100°C下干燥8小時，得到海膽狀五氧化二鈮納米微球。
[0022]實施例4
一種制備五氧化二鈮海膽狀納米微球的制備方法，包括如下步驟:
在室溫下(10-40 °C ),0.8 g草酸鈮銨溶解于70ml體積比為1:2的丙醇和水溶液中，超聲10分鐘，磁力攪拌0.5小時，形成澄清透明的溶液，然后將溶液轉(zhuǎn)移至100ml的具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，200°C水熱反應(yīng)24小時，冷卻到室溫后，用濾紙過濾，用2000?3000毫升的蒸餾水洗滌，然后用無水乙醇洗滌。將濾出物在100°C下干燥8小時，得到海膽狀五氧化二鈮納米微球。
[0023]實施例5
一種制備五氧化二鈮海膽狀納米微球作為光催化劑的應(yīng)用:
在室溫下，將所得的五氧化二鈮海膽狀納米微球在500°C馬弗爐中煅燒2小時，就可以得到可用于光催化降解染料的催化劑。再取50 ml濃度為10 mg/L的染料(如羅丹明B)溶液放入100 ml的小燒杯中，然后加入煅燒后的五氧化二鈮海膽狀納米微球催化劑50 mg，置于暗室中磁力攪拌0.5?1小時，達到染料的吸附-脫附平衡。再把混合后的溶液轉(zhuǎn)移至氙燈(300 W，北京泊菲萊公司)下光照。每隔5分鐘抽取4 ml溶液，在10000轉(zhuǎn)/分的高速離心機下離心，取上清液去測試染料的濃度。這樣可以獲得不同光照時間下光催化劑的降解效果圖。
[0024]雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實施方案對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對之作一些修改或改進，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進，均屬于本發(fā)明要求保護的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種五氧化二鈮納米微球的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一:在室溫下，按照體積比20:1?1:100量取醇和去離子水，攪拌均勻制備成醇溶液備用； 步驟二:稱取0.1?10質(zhì)量份的可溶性鈮鹽，溶解于步驟一所得的醇溶液中，攪拌0.5?5小時，形成透明的溶液備用； 步驟三:將步驟二所得的透明溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，裝填量為釜體積的50%?70%，水熱反應(yīng)溫度為100?220°C，反應(yīng)時間為8?96小時，反應(yīng)后將反應(yīng)釜自然降至室溫，再經(jīng)洗滌，干燥，即得到五氧化二鈮海膽狀納米微球。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的，一種五氧化二鈮納米微球的制備方法，其特征在于，所述的醇為:甲醇或乙醇或丙醇或丁醇等一元醇，或乙二醇或丙三醇等多元醇。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的，一種五氧化二鈮納米微球的制備方法，其特征在于，所述的可溶性鈮鹽為:草酸鈮銨或五氯化鈮、或鈮酸的氟化氫溶解液。4.一種五氧化二鈮納米微球作為光催化劑的應(yīng)用。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種五氧化二鈮海膽狀納米微球的制備方法及其作為光催化劑的應(yīng)用。本發(fā)明的制備方法包括：步驟一：在室溫下，按照體積比20：1～1:100量取醇和去離子水，攪拌制備醇溶液；步驟二：稱取可溶性鈮鹽，溶解于步驟一所得醇溶液中，攪拌0.5～5小時，制成透明的溶液；步驟三：將所得透明溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，裝填量為釜體積的50%～70%，水熱反應(yīng)溫度為100～220℃，反應(yīng)后將反應(yīng)釜自然降至室溫，洗滌，干燥，得到海膽狀五氧化二鈮納米微球。本發(fā)明利用醇來調(diào)節(jié)溶液極性，進而調(diào)變氧化鈮的生長，制備出形貌均一、直徑可調(diào)控的五氧化二鈮海膽狀納米微球。本發(fā)明所制備的五氧化二鈮海膽狀納米微球具有較高的可見光催化降解水中染料的催化活性。
【IPC分類】C01G33/00, B01J35/08, B01J23/20
【公開號】CN105384193
【申請?zhí)枴緾N201510900901
【發(fā)明人】陳俊利, 張永輝, 韓莉鋒, 緒連彩, 鞏飛龍, 方少明, 李明玉
【申請人】鄭州輕工業(yè)學(xué)院
【公開日】2016年3月9日
【申請日】2015年12月9日