一种氟掺杂Nb3O7(OH)球形粉体光催化剂的制备方法

摘要

一种氟掺杂Nb3O7(OH)球形粉体光催化剂的制备方法，属于功能材料领域。利用氟化铵为掺杂氟源，过硫酸钾为氧化剂，柠檬酸根为络合剂，经上述溶液水热处理五氧化二铌能够可控制备F离子掺杂的Nb3O7(OH)球形粉体光催化剂。所获得的材料作为光催化剂可用于六价铬Cr(VI)离子的光还原，在污水处理领域具有较好的应用前景。

权利要求

1.一种氟掺杂Nb3O7(OH)球形粉体光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)首先用去离子水溶解氢氧化钾，并加入柠檬酸反应得到澄清的柠檬酸钾溶液，然后加入过硫酸钾(K2S2O8)，配得澄清溶液，其中用量关系为，去离子水∶氢氧化钾∶柠檬酸∶过硫酸钾的用量关系为10mL∶(0.3-0.5)g∶(0.5-0.7)g∶(0.1-0.3)g；

(2)利用步骤(1)得到的澄清溶液，与活化后的五氧化二铌混合，调成五氧化二铌的悬浮液，加入氟化铵粉末作为掺杂的氟源，在密闭反应釜中热处理，温度为160-190℃，处理时间为24-48小时，制得F离子掺杂的Nb3O7(OH)球形粉体材料；其中步骤(1)澄清溶液、五氧化二铌以及氟化铵的用量关系为10mL∶(0.3-0.4)g∶(0.1-0.2)g。

2.按照权利要求1的方法，其特征在于，热处理温度为180℃，处理时间为48小时。

说明书

一种氟掺杂Nb3O7(OH)球形粉体光催化剂的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种F离子掺杂的Nb3O7(OH)球形粉体光催化剂的制备方法, 属于功能材料领域。技术背景

[0002] 当前，寻找价格低廉、容易合成的新型光催化材料应用于有机物污水处理及光解水制氢等新环境、能源领域尤为迫切。铌氧化物性质稳定，结构丰富，化学成分多样，因此近年来基于铌氧化物开发新型复合光催化剂引起了人们的极大兴趣。但是氧化铌的禁带宽度较大，仅能吸收紫外光，限制了其直接利用太阳光进行光催化降解和光催化裂解水的进一步应用。研究表明，F离子掺杂可有效的降低氧化铌的禁带宽度，从而使得其能够对可见光进行吸收，因而大大拓展了其应用范围。该方法也获得了一种依据简单的水热方法进行F离子掺杂的新机制。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种F离子掺杂Nb3O7(OH)球形粉体光催化剂制备的方法，利于批量制备在水处理领域和光催化领域具有广泛应用前景新型催化剂材料，可大大提高太阳光的利用效率，实际意义重大，利用获得的F离子掺杂 Nb3O7(OH)球形粉体进行六价铬(VI)离子的还原实验测试表明，其具有良好的光还原性能。

[0004] 本发明需要解决的是通过简便的反应参数控制而选择性可控合成F离子掺杂的Nb3O7(OH)球形粉体，从而提高反应效率，以便大批量合成，并用于环境治理领域。

[0005] 本发明涉及一种合成F离子掺杂的Nb3O7(OH)球形粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤：

[0006] (1)首先用去离子水溶解氢氧化钾，并加入柠檬酸反应得到澄清的柠檬酸钾溶液，然后加入过硫酸钾(K2S2O8)，配得澄清溶液，其中用量关系为，去离子水：氢氧化钾：柠檬酸：过硫酸钾的用量关系为10mL:(0.3-0.5)g:(0.5-0.7)g: (0.1-0.3)g；

[0007] (2)利用步骤(1)得到的澄清溶液，与活化后的五氧化二铌混合，调成五氧化二铌的悬浮液，加入氟化铵粉末作为掺杂的氟源，在密闭反应釜中热处理，温度为160-190℃，处理时间为24-48小时，制得F离子掺杂的Nb3O7(OH)球形粉体材料；

[0008] 其中步骤(1)得到的澄清溶液、五氧化二铌以及氟化铵的用量关系为10mL: (0.3-0.4)g:(0.1-0.2)g。

[0009] 其中将氢氧化钾与柠檬酸混合物替换为柠檬酸钾，直接用于上述反应，也可制得F离子掺杂的Nb3O7(OH)球形粉体，但粉体团聚严重，故优选氢氧化钾与柠檬酸溶液混合物用作反应原料；

[0010] 其中热处理温度优选180℃，处理时间为48小时。

[0011] 该方法制备得到的F离子掺杂的Nb3O7(OH)球形粉体可作为光催化剂在太阳光可见光的辐照下实现六价铬(VI)离子的还原，变成低毒性的三价铬Cr(III)，在污水处理领域具有较大的应用前景。

[0012] 本发明以氟化铵为掺杂氟源，过硫酸钾为氧化剂，柠檬酸根为络合剂，经上述溶液水热处理五氧化二铌能够可控制备F离子掺杂的Nb3O7(OH)球形粉体光催化剂，该方法证实了利用上述材料在溶液中获得F掺杂铌氧化物Nb3O7(OH) 的可操作性，所获得的材料展现出了作为光催化剂的优秀的光还原能力，在污水处理领域具有较大的应用前景。

[0013] 本发明的有益效果是：本发明的制备方法所得的产品可重复性好，所得氟掺杂Nb3O7(OH)球形粉体为纳米颗粒，分散度好。操作简单。上述优点使得F 掺杂铌氧化物Nb3O7(OH)球形粉体材料在污水处理领域具有较好的应用前景。

附图说明

[0014] 图1：实施例1所得F掺杂Nb3O7(OH)球形粉体的X射线衍射图；

[0015] 图2：实施例1所得F掺杂Nb3O7(OH)球形粉体的扫描电镜图；

[0016] 图3：实施例1所得F掺杂Nb3O7(OH)球形粉体的元素分布图；

[0017] 图4：实施例1所得F掺杂Nb3O7(OH)球形粉体锰的透射电镜图，分为几种不同比例尺寸的图片；

[0018] 图5：实施例1所得F掺杂Nb3O7(OH)球形粉体锰的紫外-可见光吸收光谱图；

[0019] 图6：实施例1所得F掺杂Nb3O7(OH)球形粉体锰的光还原Cr(VI)的性能图。

具体实施方式

[0020] 下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。

[0021] 实施例1

[0022] (1)首先用去离子水溶解氢氧化钾，并加入柠檬酸反应得到澄清的柠檬酸钾溶液，然后加入过硫酸钾(K2S2O8)，配得澄清溶液，其中去离子水：氢氧化钾：柠檬酸：过硫酸钾的用量关系为10mL:0.3g:0.5g:0.1g；

[0023] (2)利用步骤(1)得到的溶液，与活化后的五氧化二铌混合，调成五氧化二铌的悬浮液，加入氟化铵粉末作为掺杂的氟源，在密闭反应釜中热处理，温度为160℃，处理时间为48小时，制得F离子掺杂的Nb3O7(OH)球形粉体材料；其中步骤(1)溶液、五氧化二铌以及氟化铵的用量关系为10mL:0.3g:0.1g。

[0024] 实施例2

[0025] (1)首先用去离子水溶解氢氧化钾，并加入柠檬酸反应得到澄清的柠檬酸钾溶液，然后加入过硫酸钾(K2S2O8)，配得澄清溶液，其中用量关系为，去离子水：氢氧化钾：柠檬酸：过硫酸钾用量关系为10mL:0.4g:0.6g:0.2g；

[0026] (2)利用步骤(1)得到的溶液，与活化后的五氧化二铌混合，调成五氧化二铌的悬浮液，加入氟化铵粉末作为掺杂的氟源，在密闭反应釜中热处理，温度为170℃，处理时间为48小时，制得F离子掺杂的Nb3O7(OH)球形粉体材料；其中步骤(1)溶液、五氧化二铌以及氟化铵的用量关系为10mL:0.4g:0.2g。

[0027] 实施例3

[0028] (1)首先用去离子水溶解氢氧化钾，并加入柠檬酸反应得到澄清的柠檬酸钾溶液，然后加入过硫酸钾(K2S2O8)，配得澄清溶液，其中用量关系为，去离子水：氢氧化钾：柠檬酸：过硫酸钾用量关系为10mL:0.5g:0.7g:0.3g；

[0029] (2)利用步骤(1)得到的溶液，与活化后的五氧化二铌混合，调成五氧化二铌的悬浮液，加入氟化铵粉末作为掺杂的氟源，在密闭反应釜中热处理，温度为180℃，处理时间为48小时，制得F离子掺杂的Nb3O7(OH)球形粉体材料；其中步骤(1)溶液、五氧化二铌以及氟化铵的用量关系为10mL:0.4g:0.2g。

[0030] 实施例4

[0031] (1)首先用去离子水溶解氢氧化钾，并加入柠檬酸反应得到澄清的柠檬酸钾溶液，然后加入过硫酸钾(K2S2O8)，配得澄清溶液，其中用量关系为，去离子水：氢氧化钾：柠檬酸：过硫酸钾用量关系为10mL:0.5g:0.4g:0.2g；

[0032] (2)利用步骤(1)得到的溶液，与活化后的五氧化二铌混合，调成五氧化二铌的悬浮液，加入氟化铵粉末作为掺杂的氟源，在密闭反应釜中热处理，温度为190℃，处理时间为36小时，制得F离子掺杂的Nb3O7(OH)球形粉体材料；其中步骤(1)溶液、五氧化二铌以及氟化铵的用量关系为10mL:0.4g:0.1g。

[0033] 实施例5

[0034] (1)首先用去离子水溶解氢氧化钾，并加入柠檬酸反应得到澄清的柠檬酸钾溶液，然后加入过硫酸钾(K2S2O8)，配得澄清溶液，其中用量关系为，去离子水：氢氧化钾：柠檬酸：过硫酸钾用量关系为10mL:0.4g:0.6g:0.2g；

[0035] (2)利用步骤(1)得到的溶液，与活化后的五氧化二铌混合，调成五氧化二铌的悬浮液，加入氟化铵粉末作为掺杂的氟源，在密闭反应釜中热处理，温度为180℃，处理时间为36小时，制得F离子掺杂的Nb3O7(OH)球形粉体材料；其中步骤(1)溶液、五氧化二铌以及氟化铵的用量关系为10mL:0.35g:0.15g。

[0036] 实施例6

[0037] (1)首先用去离子水溶解氢氧化钾，并加入柠檬酸反应得到澄清的柠檬酸钾溶液，然后加入过硫酸钾(K2S2O8)，配得澄清溶液，其中用量关系为，去离子水：氢氧化钾：柠檬酸：过硫酸钾用量关系为10mL:0.3g:0.7g:0.2g；

[0038] (2)利用步骤(1)得到的溶液，与活化后的五氧化二铌混合，调成五氧化二铌的悬浮液，加入氟化铵粉末作为掺杂的氟源，在密闭反应釜中热处理，温度为170℃，处理时间为48小时，制得F离子掺杂的Nb3O7(OH)球形粉体材料；其中步骤(1)溶液、五氧化二铌以及氟化铵的用量关系为10mL:0.35g:0.15g。

[0039] 其中以20mg/L重铬酸钾水溶液为例，F离子掺杂的Nb3O7(OH)球形粉体催化剂材料、重铬酸钾水溶液的用量关系0.02g：60mL，上述合成的F离子掺杂的Nb3O7(OH)材料用作催化剂光还原移除Cr(VI)。

[0040] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。