[发明专利]一种具有光催化活性的V掺杂CaTiO3花瓣状微纳结构材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光催化技术领域，尤其涉及一种在可见光催化下具有光催化活性的V掺杂CaTiO₃花瓣状微纳结构材料及其制备方法。

背景技术

随着生产经济的飞速发展，人们的生活水平和社会进步得到极大的提高，但与此同时所带来的能源耗竭和环境污染等问题也越来越突出，尤其是水资源及其污染问题日益严峻，严重威胁着人类的健康生存，从而引起世界各国的高度重视，并投入了大量的财力和物力来治理水污染问题。然而，传统的水处理方法效率低、成本高、存在二次污染等问题，因此污水治理一直未得到很好的解决。

自1976年Cary J.H.等人报道了在紫外光照射下，纳米TiO₂可使难降解的有机化合物多氯联苯脱氯的光催化水处理技术后，引起了各国研究者的普遍重视。由于纳米颗粒具有常规颗粒所不具备的纳米效应而具有更高的催化活性，因此污染物可以在紫外线的照射下通过纳米TiO₂而迅速降解，特别是当水中有机污染物浓度很高或用其他方法很难降解时，这种纳米技术有着明显的优势。但是，现有技术这种纳米材料同时具有如下缺点：粉体易团聚，不容易从溶液中回收等问题。为此，人们又提出了具有微纳结构的材料，研究结果表明，这种既具有纳米结构单元、同时又具有微米结构尺度并有序排列的微纳结构，不仅保持了纳米结构的高光催化活性，同时也方便其从溶液中回收，从而能够有效解决纳米材料在光催化水处理方面所带来的弊端。然而，目前现有技术在这种微纳结构材料的制备中，均需要添加模板或表面活性剂，并且工艺条件苛刻，这些制备方法不仅引入了杂质，同时对设备要求高、成本高，不利于工业化生产。此外，由于这类材料在光催化作用下，只吸收可见光的5％，从而大大降低了光催化降解有机污染物的反应。因此，研究探索新型的具有微纳结构、不同形貌的可见光催化剂材料，以提高光氧化和光还原的量子效率，并使之付诸于产业化的实现，对于光催化水处理技术的应用和发展、以及水污染治理和环境保护均具有重要的实际价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有光催化活性的V掺杂CaTiO₃花瓣状微纳结构材料，以有效提高光催化效率，切实解决水污染和环境治理问题。本发明的另一目的在于提供上述具有光催化活性的V掺杂CaTiO₃花瓣状微纳结构材料的制备方法，以通过简单可行的工艺路线和低的生产成本获得性能优异的CaTiO₃光催化材料，从而实现产业化规模生产，有利于促进光催化水处理技术的应用和发展。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种具有光催化活性的V掺杂CaTiO₃花瓣状微纳结构材料，其形貌为CaTiO₃纳米片堆积而形成的花瓣状微纳结构；所述CaTiO₃纳米片的厚度为85～100nm，所述对称花瓣平均尺寸为1～2.5μm。

本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的上述具有光催化活性的V掺杂CaTiO₃花瓣状微纳结构材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将钛的化合物溶解于有机溶剂中，按照摩尔比所述钛的化合物∶有机溶剂＝1∶10～15，搅拌至均匀得到A液；

(2)将钙的化合物、钒的化合物、蒸馏水和有机溶剂混合，搅拌至均匀得到B液；其中，按照摩尔比所述钙的化合物∶蒸馏水∶有机溶剂＝1∶200～600∶3～10，钒的化合物其掺杂量按照摩尔百分比为钙的化合物的0.01～0.07％；

(3)按照摩尔比钙的化合物∶钛的化合物＝1∶1，将所述A液与B液混合，并加入碱性调节剂使得混合溶液体系的pH＝12，搅拌15～25min后放在水热釜中，在180～260℃下保温1～36h；反应产物用蒸馏水洗涤，即获得具有可见光光催化效果的V掺杂的CaTiO₃花瓣状微纳结构材料。

进一步地，本发明所述钛的化合物为钛酸丁酯、氯化钛或钛酸异丙酯。所述钙的化合物为二水氯化钙、九水硝酸钙、五水氯化钙或氯化钙。所述钒的化合物为氯氧化钒或偏钒酸铵。所述有机溶剂为乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇、四氢呋喃中的一种或其组合。所述碱性调节剂为浓度为3M/L的NaOH浓液或KOH浓液。

本发明具有以下有益效果：