一種銻酸鍶光催化劑及其制備和應用的制作方法
本發明屬于環境污染治理技術領域，具體涉及一種銻酸鍶光催化劑及其制備和應用。
背景技術：
光催化氧化-還原技術在環境保護、潔凈能源和新材料等方面有廣泛的應用背景。然而，以二氧化鈦半導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關鍵的科學及技術難題，使其工業應用受到極大制約。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、復合半導體等方面；對光催化過程進行了附加各種外場，如低頻電場、微波場、等離子體等以增強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；對于特定的反應其光催化量子效率也有所改善，但結果仍然不盡人意。
技術實現要素：
本發明的目的在于針對現有光催化技術效率低的問題，提供一種銻酸鍶光催化劑及其制備和應用。該催化劑具有高轉化率、高量子效率和活性穩定性的特點，對環境污染物具有極高降解效率和礦化率。
為實現上述發明目的，本發明的技術方案如下：
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，調節溶液pH至1-14：調節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，優選的，調節溶液pH至8。
步驟2）中，優選的，在180℃水熱反應8小時。
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：HxSrySbO3O’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用：在紫外光照射下，用于催化降解廢水和廢氣中的有機污染物；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。
本發明催化劑的應用機理為：在O2氣氛中，使紫外線光作用于光催化體系，可達到高效分解廢水和廢氣中有機污染物，對于難降解的苯類有機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物而具有較高的礦化率。
本發明的有益效果在于：
1）本發明的所制得的光催化劑具有高轉化率、高量子效率和活性穩定性的特點，對環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物而具有較高的礦化率；
2）本發明光催化劑的制備方法簡單，易于推廣，具有顯著的經濟效益。
附圖說明
圖1（a）為用于空氣中污染物消除的光催化反應裝置結構示意圖；
圖1（b）為用于溶液中污染物消除的光催化反應裝置結構示意圖；
圖1（c）為用于光解水的光催化反應裝置結構示意圖；
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。
具體實施方式
為進一步公開而不是限制本發明，以下結合實例對本發明作進一步的詳細說明。
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體系置于紫外線光的輻照下，構成光催化反應體系。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水進行稀釋；將此懸濁液在室溫下攪拌12小時后，調節溶液的pH值為8；將懸濁液移入100 mL反應釜中180℃水熱8小時，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，將本發明應用于氣體污染物的治理時，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容器內，該容器帶有入口和出口，光源可以內置和外置的兩種形式照射污染物。
將本發明應用于對溶液污染物的治理時，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容器內，該容器設有一個開口，光源可以內置或外置的形式照射污染物溶液。
本發明的光催化劑的可以是體材料、納米材料、薄膜材料，也可以是負載在其他金屬或非金屬基材上形成的復合材料。
應用實施例1
銻酸鍶光催化劑對光催化降解苯的影響
將實施例1制得的銻酸鍶催化劑和P25催化劑分別裝入微型的、可常壓連續反應的兩根石英管中，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，紫外燈的發射波長254nm，光強0.391 mW·cm-2，向兩根石英管中均通入反應氣，反應氣由氧氣和難降解的有毒有機污染物苯組成，其中苯的體積濃度為310 ppm。反應的氣體流速20 ml/min，反應溫度40℃，反應產物和濃度由氣相色譜（HP6890，Porapak R色譜柱）每隔一段時間在線分析。
由圖2可知，P25光催化劑對苯有微弱光催化活性，反應20小時后，光催化劑由原來的白色變為褐色，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出優異的光催化活性和穩定性，反應1 小時后，光催化劑對苯的降解活性進入穩態，苯的濃度小于1 ppm，二氧化碳的生成量為1200 ppm（礦化率為76 ％），隨著反應時間延長至20小時，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定性。
本應用實施例說明銻酸鍶光催化劑的具有較好的光催化活性和穩定性。
應用實施例2
空速對銻酸鍶光催化劑催化降解苯的影響
采用應用實施例1的反應體系，考察在不同空速下，銻酸鍶催化劑光催化降解苯的能力。通過調整催化劑在石英管中的填裝量可以調整空速，其他條件與應用實施例1相同。
由圖3可知，在3000 h-1體積空速下，銻酸鍶對于苯的轉化率達到100 %；P25在相同體積空速下，轉化率僅有10 %；當反應的空速達到 7900 h-1體積空速時，催化劑對苯的轉化率為40 %，20 小時后并不表現為明顯的失活。
該應用實施例說明在高的體積空速下，催化劑對苯仍然有很好的轉化率和穩定性。
應用實施例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器，加入150 mL 10 μmol?L-1羅丹明B水溶液，遮光，強烈攪拌1 h。兩個石英管反應器均放置于4盞紫外燈的照射下，紫外燈的發射波長254nm，光強0.521 mW·cm-2，每隔一段時間取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分鐘時完全降解羅丹明B，而P25需要的時間大于12分鐘。
該應用實施例說明在銻酸鍶在液相中降解有機污染物也有很好的效果。
應用實施例4
銻酸鍶光催化劑產氫實驗
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器，加入160 mL水和10 mL甲醇，強烈攪拌。連接好氣路，抽真空，10 min后充入Ar氣，再抽真空，反復3次，最后將反應體系中充滿Ar氣，壓力約為1個大氣壓；1 h后，打開內置于其中的高壓汞燈，之后每隔1小時，用色譜分析氫氣的產量。
由圖5可知，銻酸鍶的產氫性能好于P25。該應用實施例說明在銻酸鍶在甲醇作犧牲劑的條件下有較好的產氫性能。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。
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