本發(fā)明屬于環(huán)境污染治理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種銻酸鍶光催化劑及其制備和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

光催化氧化-還原技術(shù)在環(huán)境保護(hù)、潔凈能源和新材料等方面有廣泛的應(yīng)用背景。然而，以二氧化鈦半導(dǎo)體為代表的光催化劑存在著量子效率低（~4%）和太陽能利用率低等幾個(gè)關(guān)鍵的科學(xué)及技術(shù)難題，使其工業(yè)應(yīng)用受到極大制約。為改善光催化劑和光催化過程的效率，國內(nèi)外對TiO₂光催化劑提高量子效率的改性研究大多集中在過渡金屬離子摻雜、貴金屬表面沉積、復(fù)合半導(dǎo)體等方面；對光催化過程進(jìn)行了附加各種外場，如低頻電場、微波場、等離子體等以增強(qiáng)光催化劑的光吸收率、光生載流子分離效率的探索性研究；也有一些非TiO₂系列光催化劑的研究工作；對于特定的反應(yīng)其光催化量子效率也有所改善，但結(jié)果仍然不盡人意。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有光催化技術(shù)效率低的問題，提供一種銻酸鍶光催化劑及其制備和應(yīng)用。該催化劑具有高轉(zhuǎn)化率、高量子效率和活性穩(wěn)定性的特點(diǎn)，對環(huán)境污染物具有極高降解效率和礦化率。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種銻酸鍶光催化劑的制備方法，包括以下步驟：

1）將銻酸鹽水溶液緩慢滴入鍶鹽水溶液中，得白色懸濁液，加水稀釋后（水與白色懸濁液體積比1:1），劇烈攪拌12h-14h后，調(diào)節(jié)溶液pH至1-14：調(diào)節(jié)pH值所用的酸堿為濃鹽酸和0.1-2 mol?L^-1 KOH溶液；

2）將步驟1）的溶液放入水熱釜中，在50-230℃水熱反應(yīng)1-12h，得到沉淀；

3）將沉淀去離子水洗滌、烘干，制得銻酸鍶光催化劑。

步驟1）所述的銻酸鹽包括焦銻酸鉀，銻酸鹽水溶液的濃度為0.01-0.25 mol?L^-1；所述的鍶鹽包括氯化鍶，鍶鹽水溶液的濃度為0.02-0.325 mol?L^-1。

步驟1）中，優(yōu)選的，調(diào)節(jié)溶液pH至8。

步驟2）中，優(yōu)選的，在180℃水熱反應(yīng)8小時(shí)。

步驟3）中，烘干溫度為50-100 ℃。

步驟3）所制得的銻酸鍶光催化劑，其分子式為：H_xSr_ySbO₃O’_z，其中0≤x，0＜y≤1，0≤z≤0.5；比表面積為50-250 m²/g，晶粒大小為2-56 nm。

一種如上所述的制備方法制得的銻酸鍶光催化劑的應(yīng)用：在紫外光照射下，用于催化降解廢水和廢氣中的有機(jī)污染物；以及用于光解水。

所述的紫外光為自然光源或人造光源，所述的人造光源的波長為200~800nm，人造光源包括各種形式的熱輻射光源、氣體放電光源和激光光源。

本發(fā)明催化劑的應(yīng)用機(jī)理為：在O₂氣氛中，使紫外線光作用于光催化體系，可達(dá)到高效分解廢水和廢氣中有機(jī)污染物，對于難降解的苯類有機(jī)污染物有很好的效果。在光催化過程中，光催化劑表面在給定溫度下能形成氧化性能極強(qiáng)的羥基自由基、氧自由基和超氧自由基等，加速了污染物的分解，并使光催化劑在光催化過程不易積聚中間產(chǎn)物而具有較高的礦化率。

本發(fā)明的有益效果在于：

1）本發(fā)明的所制得的光催化劑具有高轉(zhuǎn)化率、高量子效率和活性穩(wěn)定性的特點(diǎn)，對環(huán)境污染物具有極高降解效率；并且光催化劑在使用過程中不易積聚中間產(chǎn)物而具有較高的礦化率；

2）本發(fā)明光催化劑的制備方法簡單，易于推廣，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說明

圖1（a）為用于空氣中污染物消除的光催化反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖1（b）為用于溶液中污染物消除的光催化反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖1（c）為用于光解水的光催化反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2用苯濃度的變化來表示銻酸鍶光催化劑與P25光催化劑的活性對比；

圖3表示不同體積空速下銻酸鍶光催化劑與P25光催化劑的活性對比圖；

圖4用羅丹明B的濃度變化來表示銻酸鍶光催化劑與P25光催化劑的活性對比；

圖5用氫氣的體積變化來表示銻酸鍶光催化劑與P25光催化劑的活性對比；圖2-圖5中的SSO是銻酸鍶的簡稱。

具體實(shí)施方式

為進(jìn)一步公開而不是限制本發(fā)明，以下結(jié)合實(shí)例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

如圖1（a）-圖1（c）所示，將帶有光催化劑及需處理的污染物的反應(yīng)體系置于紫外線光的輻照下，構(gòu)成光催化反應(yīng)體系。所述的紫外光(254–400 nm)的人造光源，人造光源包括各種形式的熱輻射光源、氣體放電光源和激光源。

實(shí)施例1

一種銻酸鍶光催化劑的制備方法，包括以下步驟：

將焦銻酸鉀溶于沸水配制成溶液，命名為溶液A，其濃度為0.1 mol?L^-1；將氯化鍶溶于去離子水，配置成溶液，命名為溶液B，其濃度為0.125 mol?L^-1；取溶液A 25 mL，緩慢滴入10 mL溶液B中；滴加完畢后，加入35mL水進(jìn)行稀釋；將此懸濁液在室溫下攪拌12小時(shí)后，調(diào)節(jié)溶液的pH值為8；將懸濁液移入100 mL反應(yīng)釜中180℃水熱8小時(shí)，使樣品充分的晶化；將冷卻后的樣品離心洗滌，80℃烘干；將烘干之后的樣品壓片過篩50-70目，獲得銻酸鍶光催化劑，該光催化劑的比表面積為50-250 m²/g，晶粒大小為2-56 nm。

如圖1（a）所示，將本發(fā)明應(yīng)用于氣體污染物的治理時(shí)，可以將光催化劑裝入對波長為200~800 nm的光波透明或部分透明的反應(yīng)容器內(nèi)，該容器帶有入口和出口，光源可以內(nèi)置和外置的兩種形式照射污染物。

將本發(fā)明應(yīng)用于對溶液污染物的治理時(shí)，如圖1（b）所示，把光催化劑分散或懸浮于該污染物溶液中，將帶有光催化劑的污染物溶液，裝入對波長為200~800 nm的光波透明或部分透明或不透明的反應(yīng)容器內(nèi)，該容器設(shè)有一個(gè)開口，光源可以內(nèi)置或外置的形式照射污染物溶液。

本發(fā)明的光催化劑的可以是體材料、納米材料、薄膜材料，也可以是負(fù)載在其他金屬或非金屬基材上形成的復(fù)合材料。

應(yīng)用實(shí)施例1

銻酸鍶光催化劑對光催化降解苯的影響

將實(shí)施例1制得的銻酸鍶催化劑和P25催化劑分別裝入微型的、可常壓連續(xù)反應(yīng)的兩根石英管中，保證兩種催化劑的受光面積相同。兩根石英管均放置于4盞紫外燈的照射下，紫外燈的發(fā)射波長254nm，光強(qiáng)0.391 mW·cm^-2，向兩根石英管中均通入反應(yīng)氣，反應(yīng)氣由氧氣和難降解的有毒有機(jī)污染物苯組成，其中苯的體積濃度為310 ppm。反應(yīng)的氣體流速20 ml/min，反應(yīng)溫度40℃，反應(yīng)產(chǎn)物和濃度由氣相色譜（HP6890，Porapak R色譜柱）每隔一段時(shí)間在線分析。

由圖2可知，P25光催化劑對苯有微弱光催化活性，反應(yīng)20小時(shí)后，光催化劑由原來的白色變?yōu)楹稚?，有明顯的積炭物種生成。而相同條件下，銻酸鍶光催化劑對苯表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化活性和穩(wěn)定性，反應(yīng)1 小時(shí)后，光催化劑對苯的降解活性進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，苯的濃度小于1 ppm，二氧化碳的生成量為1200 ppm（礦化率為76 ％），隨著反應(yīng)時(shí)間延長至20小時(shí)，該光催化劑對苯的降解無明顯失活，表明鉑化二氧化鈦光催化劑具有較好的活性穩(wěn)定性。

本應(yīng)用實(shí)施例說明銻酸鍶光催化劑的具有較好的光催化活性和穩(wěn)定性。

應(yīng)用實(shí)施例2

空速對銻酸鍶光催化劑催化降解苯的影響

采用應(yīng)用實(shí)施例1的反應(yīng)體系，考察在不同空速下，銻酸鍶催化劑光催化降解苯的能力。通過調(diào)整催化劑在石英管中的填裝量可以調(diào)整空速，其他條件與應(yīng)用實(shí)施例1相同。

由圖3可知，在3000 h^-1體積空速下，銻酸鍶對于苯的轉(zhuǎn)化率達(dá)到100 %；P25在相同體積空速下，轉(zhuǎn)化率僅有10 %；當(dāng)反應(yīng)的空速達(dá)到 7900 h^-1體積空速時(shí)，催化劑對苯的轉(zhuǎn)化率為40 %，20 小時(shí)后并不表現(xiàn)為明顯的失活。

該應(yīng)用實(shí)施例說明在高的體積空速下，催化劑對苯仍然有很好的轉(zhuǎn)化率和穩(wěn)定性。

應(yīng)用實(shí)施例3

銻酸鍶光催化劑降解液相羅丹明B

將0.1g銻酸鍶催化劑和P25催化劑粉末分別裝入石英管反應(yīng)器，加入150 mL 10 μmol?L^-1羅丹明B水溶液，遮光，強(qiáng)烈攪拌1 h。兩個(gè)石英管反應(yīng)器均放置于4盞紫外燈的照射下，紫外燈的發(fā)射波長254nm，光強(qiáng)0.521 mW·cm^-2，每隔一段時(shí)間取2-4 mL懸濁液，離心之后測試吸光度，用于表示羅丹明B的濃度。由圖4可知，銻酸鍶在8分鐘時(shí)完全降解羅丹明B，而P25需要的時(shí)間大于12分鐘。

該應(yīng)用實(shí)施例說明在銻酸鍶在液相中降解有機(jī)污染物也有很好的效果。

應(yīng)用實(shí)施例4

銻酸鍶光催化劑產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)

將0.1 g銻酸鍶催化劑和P25催化劑粉末分別裝入石英反應(yīng)器，加入160 mL水和10 mL甲醇，強(qiáng)烈攪拌。連接好氣路，抽真空，10 min后充入Ar氣，再抽真空，反復(fù)3次，最后將反應(yīng)體系中充滿Ar氣，壓力約為1個(gè)大氣壓；1 h后，打開內(nèi)置于其中的高壓汞燈，之后每隔1小時(shí)，用色譜分析氫氣的產(chǎn)量。

由圖5可知，銻酸鍶的產(chǎn)氫性能好于P25。該應(yīng)用實(shí)施例說明在銻酸鍶在甲醇作犧牲劑的條件下有較好的產(chǎn)氫性能。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。