一种钙钛矿型空气净化光催化剂的制备方法.pdf

本发明公开了一种钙钛矿型空气净化光催化剂的制备方法，在氢氧化钛乳液中按摩尔比氢氧化钛：硫酸为1:0.005-0.100加入稀硫酸溶液，搅拌均匀后在超声波中震荡10-60分钟，制得酸化乳液；在搅拌状态下，在制得的酸化氢氧化钛乳液中加入钙钛矿型物质，氢氧化钛的质量与钙钛矿型物质的质量比为1:0.01-0.30，在超声波中震荡10-60分钟后，进行离心洗涤，离心洗涤完毕后倒掉上清液，并将沉淀物在150-350℃煅烧保温2-10小时，制得钙钛矿型空气净化光催化剂；本发明将钙钛矿型物质引入锐钛矿二氧化钛纳米材料，使得光催化剂的能够用光谱从紫外光区扩展到可见光区，使其在可见光范围内能够产生光激发，产生电子-空穴对，提高了阳光的利用率，能够广泛应用于空气净化器光催化剂的工业生产中。

1.  一种钙钛矿型空气净化光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
在氢氧化钛乳液中按摩尔比氢氧化钛：硫酸为1:0.005-0.100加入稀硫酸溶液，搅拌均匀后在超声波中震荡10-60分钟，制得酸化乳液；所述稀硫酸溶液按体积比蒸馏水：硫酸为2-10:1配制；所述氢氧化钛乳液按如下步骤制备：将氨水加入Ti(SO₄)₂溶液中，生成白色无定形的絮状沉淀进行过滤、洗涤后打浆制得；
在搅拌状态下，在制得的酸化氢氧化钛乳液中加入钙钛矿型物质，氢氧化钛的质量与钙钛矿型物质的质量比为1:0.01-0.30，在超声波中震荡10-60分钟后，进行离心洗涤，离心洗涤完毕后倒掉上清液，并将沉淀物在150-350℃煅烧保温2-10小时，制得钙钛矿型空气净化光催化剂；
所述钙钛矿型物质的分子式为AB_1-xC_xO₃，其中掺杂比x的取值为0至1，其制备方法包括以下步骤：
当x的取值为0时，以金属元素A、B的硝酸盐为原料前驱体溶解于水中，其中金属元素A、B的硝酸盐的摩尔比为M_A=M_B，得到混合盐溶液，首先在100-150℃下干燥6-10小时，随后在550-750℃下高温煅烧1-4小时后，得到钙钛矿型物质ABO₃；
当x的取值不为0时，以金属元素A、B、C的硝酸盐为原料前驱体溶解于水中，其中金属元素A、B、C的硝酸盐的摩尔比为M_A=M_B+M_C，得到混合盐溶液，首先在100-150℃下干燥6-10小时，随后在550-750℃下高温煅烧1-4小时后，得到钙钛矿型物质AB_1-xC_xO₃。

2.  根据权利要求1所述的钙钛矿型空气净化光催化剂的制备方法，其特征在于：
所述元素A为碱土元素、稀土元素或过渡元素中的一种；
所述元素B为过渡元素中的一种；
所述元素C为过渡元素中的一种。

3.  根据权利要求1或2所述的钙钛矿型空气净化光催化剂的制备方法，其特征在于：
所述元素A为Sr、La、Nd、Gd、Ca、Cd、Pb中的一种；
所述元素B为Zr、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co中的一种；
所述元素C为Y、Ga、Cu中的一种。

一种钙钛矿型空气净化光催化剂的制备方法
技术领域
本发明属于空气净化技术领域，特别涉及一种钙钛矿型空气净化光催化剂的制备方法。
背景技术
进入2l世纪后，人们对于环保的意识越来越强，这种环保意识不仅体现在所处的自然环境方面，对自己生活的环境也是如此；目前，生活环境中例如装修的新房、采购的新车的异味以及越来越突出的环境污染，给人们的身体和生活带来了危害；尽量减少污染，创造一个绿色安全的生活环境成为人们追求的目标。
目前广泛使用的TiO₂ 光催化材料在常温常压下能高效地降解空气中的有机污染物，稳定性好，催化效率高，是一种较为理想的光催化剂；但是目前市场上纳米TiO₂产品主要是纳米TiO₂粉体分散体系，这些体系由于使用了各种高分子的有机分散稳定剂对其进行表面改性，大都稳定性较差且光催化性能大幅度下降。
更为重要的是，TiO₂的吸光频带窄，锐钛矿的带隙能Eg≈3.2Ev，只有在波长λ≤387.5nm的光子激发下，才能产生电子-空穴对（e^--h⁺），主要使用的是387. 5 nm以下的紫外光，这部分光辐射到地面仅占光辐射总量的4 %左右；因此目前均采用人工光源，能耗较高，如果能将光催化剂的光谱利用范围扩展到可见光，则可使设备投资和运行成本大大降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种钙钛矿型空气净化光催化剂的制备方法，将钙钛矿型物质引入锐钛矿二氧化钛纳米材料，使得光催化剂的能够用光谱从紫外光区扩展到可见光区，使其在可见光范围内能够产生光激发，产生电子-空穴对，提高了阳光的利用率，能够广泛应用于空气净化器光催化剂的工业生产中。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种钙钛矿型空气净化光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
在氢氧化钛乳液中按摩尔比氢氧化钛：硫酸为1:0.005-0.100加入稀硫酸溶液，搅拌均匀后在超声波中震荡10-60分钟，制得酸化乳液；稀硫酸溶液按体积比蒸馏水：硫酸为2-10:1配制；氢氧化钛乳液按如下步骤制备：将氨水加入Ti(SO₄)₂溶液中，生成白色无定形的絮状沉淀进行过滤、洗涤后打浆制得；
在搅拌状态下，在制得的酸化氢氧化钛乳液中加入钙钛矿型物质，氢氧化钛的质量与钙钛矿型物质的质量比为1:0.01-0.30，在超声波中震荡10-60分钟后，进行离心洗涤，离心洗涤完毕后倒掉上清液，并将沉淀物在150-350℃煅烧保温2-10小时，制得钙钛矿型空气净化光催化剂；
钙钛矿型物质的分子式为AB_1-xC_xO₃，其中掺杂比x的取值为0至1，其制备方法包括以下步骤：
当x的取值为0时，以金属元素A、B的硝酸盐为原料前驱体溶解于水中，其中金属元素A、B的硝酸盐的摩尔比为M_A=M_B，得到混合盐溶液，首先在100-150℃下干燥6-10小时，随后在550-750℃下高温煅烧1-4小时后，得到钙钛矿型物质ABO₃；
当x的取值不为0时，以金属元素A、B、C的硝酸盐为原料前驱体溶解于水中，其中金属元素A、B、C的硝酸盐的摩尔比为M_A=M_B+M_C，得到混合盐溶液，首先在100-150℃下干燥6-10小时，随后在550-750℃下高温煅烧1-4小时后，得到钙钛矿型物质AB_1-xC_xO₃。
作为本发明的优选方法：
进一步的，前述的钙钛矿型空气净化光催化剂的制备方法：
元素A为碱土元素、稀土元素或过渡元素中的一种；
元素B为过渡元素中的一种；
元素C为过渡元素中的一种。
前述的钙钛矿型空气净化光催化剂的制备方法：
元素A为Sr、La、Nd、Gd、Ca、Cd、Pb中的一种；
元素B为Zr、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co中的一种；
元素C为Y、Ga、Cu中的一种。
本发明的有益效果是：本发明所设计的钙钛矿型空气净化光催化剂的制备方法，制备出的光催化剂与传统的光触媒催化剂相比，本发明将钙钛矿型物质引入锐钛矿二氧化钛纳米材料，使得光催化剂的能够用光谱从紫外光区扩展到可见光区，使其在可见光范围内能够产生光激发，产生电子-空穴对，提高了阳光的利用率，获得了意想不到的技术效果，对甲醛、乙醛、挥发性有机溶剂、多环芳烃等有机污染物都有很好的去除效果,体现出了越来越多的优越性，可用于空气净化器光催化剂的工业生产中。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种钙钛矿型空气净化光催化剂的制备方法，以镧、铁的硝酸盐为原料前驱体溶解于水中，取100mL浓度为0.1mol/L的硝酸镧溶液与100mL浓度为0.1mol/L的硝酸铁溶液均匀混合，在100℃下干燥8小时，随后在700℃下进行3小时煅烧后，得到钙钛矿型物质LaFeO₃；
在氢氧化钛乳液中按摩尔比氢氧化钛：硫酸为1:0.005加入稀硫酸溶液，搅拌均匀后在超声波中震荡60分钟，制得酸化乳液；稀硫酸溶液按体积比蒸馏水：硫酸为2:1配制；氢氧化钛乳液按如下步骤制备:将氨水加入Ti(SO₄)₂溶液中，生成白色无定形的絮状沉淀进行过滤、洗涤后打浆制得；
在搅拌状态下，在制得的酸化氢氧化钛乳液中按氢氧化钛质量与钙钛矿型物质的质量比为1:0.03加入钙钛矿型物质，在超声波中震荡60分钟后，进行离心洗涤，离心洗涤完毕后倒掉上清液，并将沉淀物在350℃下煅烧保温3小时，制得LaFeO₃/TiO₂复合光催化剂。
实施例2
本实施例提供了一种钙钛矿型空气净化光催化剂的制备方法，以镧、铁、铜的硝酸盐为原料前驱体溶解于水中，取100mL浓度为0.1mol/L的硝酸镧溶液、95mL浓度为0.1mol/L的硝酸铁溶液和5mL浓度为0.1mol/L的硝酸铜溶液均匀混合，110℃干燥7小时，随后在600℃下进行4小时煅烧后，得到钙钛矿型物质LaFe_0.95Cu_0.05O₃；
在氢氧化钛乳液中按摩尔比氢氧化钛：硫酸为1:0.01加入稀硫酸溶液，搅拌均匀后在超声波中震荡40分钟，制得酸化乳液；稀硫酸溶液按体积比蒸馏水：硫酸为4:1配制；氢氧化钛乳液按如下步骤制备:将氨水加入Ti(SO₄)₂溶液中，生成白色无定形的絮状沉淀进行过滤、洗涤后打浆制得；
在搅拌状态下，在制得的酸化氢氧化钛乳液中按氢氧化钛与钙钛矿型物质的质量比为1:0.08加入钙钛矿型物质，在超声波中震荡60分钟后，进行离心洗涤，离心洗涤完毕后倒掉上清液，并将沉淀物在250℃下煅烧保温7小时，制得LaFe_0.95Cu_0.05O₃ /TiO₂复合光催化剂。
实施例3
本实施例提供了一种钙钛矿型空气净化光催化剂的制备方法，以锶、锆、钇的硝酸盐为原料前驱体溶解于水中，取100mL浓度为0.1mol/L的硝酸锶溶液、95mL浓度为0.1mol/L的硝酸锆溶液和5mL浓度为0.1mol/L的硝酸钇溶液均匀混合，120℃下干燥7小时，随后在650℃进行4小时煅烧后，得到钙钛矿型物质SrZr_0.95Y_0.05O₃；
在氢氧化钛乳液中按摩尔比氢氧化钛：硫酸为1:0.05加入稀硫酸溶液，搅拌均匀后在超声波中震荡20分钟，制得酸化乳液；稀硫酸溶液按体积比蒸馏水：硫酸为6:1配制；氢氧化钛乳液按如下步骤制备:将氨水加入Ti(SO₄)₂溶液中，生成白色无定形的絮状沉淀进行过滤、洗涤后打浆制得；
在搅拌状态下，在制得的酸化氢氧化钛乳液中按氢氧化钛与钙钛矿型物质的质量比为1:0.2加入钙钛矿型物质，在超声波中震荡50分钟后，进行离心洗涤，离心洗涤完毕后倒掉上清液，并将沉淀物在300℃下煅烧保温6小时，制得SrZr_0.95Y_0.05O₃/TiO₂复合光催化剂。
实施例4
本实施例提供了一种钙钛矿型空气净化光催化剂的制备方法，以钙、锆、镓的硝酸盐为原料前驱体溶解于水中，取100mL浓度为0.1mol/L的硝酸钙溶液、90mL浓度为0.1mol/L的硝酸锆溶液和10mL浓度为0.1mol/L的硝酸镓溶液均匀混合，130℃干燥6小时，随后在750℃进行2小时煅烧后，得到钙钛矿型物质CaZr_0.90Ga_0.10O₃；
在氢氧化钛乳液中按摩尔比氢氧化钛：硫酸为1:0.05加入稀硫酸溶液，搅拌均匀后在超声波中震荡20分钟，制得酸化乳液；稀硫酸溶液按体积比蒸馏水：硫酸为8:1配制；氢氧化钛乳液按如下步骤制备:将氨水加入Ti(SO₄)₂溶液中，生成白色无定形的絮状沉淀进行过滤、洗涤后打浆制得；
在搅拌状态下，在制得的酸化氢氧化钛乳液中按氢氧化钛与钙钛矿型物质的质量比为1:0.1加入钙钛矿型物质，在超声波中震荡60分钟后，进行离心洗涤，离心洗涤完毕后倒掉上清液，并将沉淀物在200℃下煅烧保温8小时，制得CaZr_0.90Ga_0.10O₃/TiO₂复合光催化剂。
比较例1
在氢氧化钛乳液中按摩尔比氢氧化钛：硫酸为1:0.005加入稀硫酸溶液，搅拌均匀后在超声波中震荡60分钟，制得酸化乳液；稀硫酸溶液按体积比蒸馏水：硫酸为2:1配制；氢氧化钛乳液按如下步骤制备:将氨水加入Ti(SO₄)₂溶液中，生成白色无定形的絮状沉淀进行过滤、洗涤后打浆制得。
制得的酸化氢氧化钛乳液在超声波中震荡60分钟后，进行离心洗涤，离心洗涤完毕后倒掉上清液，并将沉淀物在350℃煅烧保温3小时，制得TiO₂光催化剂。
表1 钙钛矿型空气净化光催化剂的净化效果

实施例1-3中所得光催化剂的空气净化性能依据GBT 23761-2009进行检测，分别采用紫外光源和可见光源测试所得光催化剂的空气净化性能，利用FID检测反应器出口乙醛浓度，表1为实施例1-3制得的钙钛矿型空气净化光催化剂及比较例1制备的空气净化光催化剂的乙醛降解实验结果；
由表1能够明显看出，与传统的光触媒催化剂相比，本发明将钙钛矿型物质引入锐钛矿二氧化钛纳米材料，开发了新型的光催化剂，将光催化剂的可利用光谱从紫外光区扩展到可见光区，提高了阳光的利用率，体现出了越来越多的优越性，能够用于空气净化器光催化剂的工业生产中。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。