[发明专利]一种磷酸镍钠光催化剂的制备及其光催化应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的磷酸镍钠光催化剂材料的制备方法及其应用，特别涉及用于降解有机污染物的Na₄Ni₃P₄O₁₅光催化剂及其制备方法，属于无机光催化材料领域。

背景技术

21世纪以来，随着人类社会的不断发展，在人们的生活水平得到不断提高的同时，与之带来的负面影响也不断，如水资源的浪费和污染，使人们不得不重视这个问题，因此水体污染的控制成为人们迫切需要解决的问题之一。

光催化反应是光、催化剂和物质之间同时存在，相互作用，从而发生的化学反应，其核心是光催化材料。它的催化机理是催化剂受到大于禁带宽度的光照射后，位于价带上的电子就会跃迁到导带，在价带上形成光生空穴，从而在光催化剂内部形成光生电子空穴对。这些产生的电子空穴对会在光催化剂表面与其他物质反应形成羟基自由基或者其他氧化性强的物质，进而氧化空气或者水中的有机污染物，从而达到降解有机物的目的。作为一种绿色的环境治理技术，光催化凭着操作简单、对有机物的降解没有选择性、反应条件温和、反应速率快、可以使反应物完全矿化等优点而得到越来越多的关注，成为人们竞相研究的热点之一。

虽然光催化技术有着许多显著的优点，在降解水中有机物中具有很好的应用前景，不过目前光催化技术大规模应用的程度并不是很高，主要是因为目前研究的光催化剂在可见光下的催化效率不高，如先前研究的光催化剂主要集中于TiO₂光催化剂，其只能在紫外光下具有光催化活性，尽管通过对TiO₂光催化剂的改性使得其在可见光下具有一定的活性，但是光子效率仍然较低，且不能进行二次回收利用。因此寻找一种成本低，安全无毒，稳定性能好且易回收的光催化材料仍然是一个巨大的挑战。

自叶金花课题组发现了具有高效降解能力的Ag₃PO₄催化剂以来，人们对磷酸银的性能和改性进行了一系列的研究。如中国专利CN 103464185 A报道的三种不同的磷酸银光催化剂以及专利号CN 103599801 A报道的以磷酸银为基复合的光催化剂，它们在紫外光、可见光或自然光的激发下都具有很好的光催化性能，加上磷酸盐基质在紫外区有较强的吸收可以很好的吸收能量。以此为启发，我们研究了一种新型的光催化剂Na₄Ni₃P₄O₁₅，发现该类化合物具有优异的紫外光、可见光响应的光催化性能，且目前尚无报道。

发明内容

本发明的意义在于提供一种新型的、具有良好的光催化活性的磷酸镍钠光催化剂，且制备方法简单，成本低廉，具有很好的市场应用前景。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案有两种：

一种新型的磷酸镍钠光催化材料，它的化学式为Na₄Ni₃P₄O₁₅, 固相法所制备的样品平均颗粒粒径为1.67微米，化学溶液法所制备的样品平均颗粒粒径为0.10微米。

一种磷酸镍钠光催化材料的制备方法，采用高温固相法，其特征在于包括以下步骤：

(1) 以含钠离子、含镍离子和含磷离子的化合物为原料，按通式Na₄Ni₃P₄O₁₅中对应元素的化学计量比称取原料，研磨后混合均匀；

(2) 将步骤（1）得到的混合物在空气气氛下进行预煅烧，预煅烧温度为200~600℃，煅烧时间为4~20小时，自然冷却后，研磨并混合均匀；

(3) 将步骤（2）得到的混合物在空气气氛中煅烧，煅烧温度为600~1000℃，煅烧时间为5~20小时，自然冷却并研磨后即得到一种新型的磷酸镍钠光催化材料。

上述制备方法特征在于：所述的含钠元素的化合物为碳酸钠、碳酸氢钠、氧化钠、硝酸钠、磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠中的一种；所述的含镍元素的化合物为氧化镍、三氧化二镍、碱式碳酸镍、硝酸镍、氢氧化镍中的一种；所述的含磷元素的化合物为五氧化二磷、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢钠、磷酸中的一种。

步骤（2）所述的煅烧温度为250~600℃，煅烧时间为5~18小时；步骤（3）所述的煅烧温度为700~1000℃，煅烧时间为6~16小时。

一种磷酸镍钠光催化材料的制备方法，采用化学溶液法，其特征在于包括以下步骤：