[发明专利]一种铁酸铈-银-凹凸棒石Z型异质结催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种铁酸铈‑银‑凹凸棒石Z型异质结催化剂的制备方法及其应用，属于催化剂领域，本发明先称取硝酸铈、硝酸铁、硝酸银和柠檬酸加入到去离子水中搅拌，并滴加乙二醇，用氢氧化钠调节其pH值至8～12，然后在水浴加热条件下搅拌，搅拌后得混合体系，将酸化的凹凸棒石加入混合体系中，经过搅拌挥发成湿凝胶，再干燥成干凝胶，最后高温煅烧，研磨，得到铁酸铈‑银‑凹凸棒石复合材料，本发明采用一步溶胶凝胶法制备得到铁酸铈‑银‑凹凸棒石纳米结构复合材料，银作为电子介体，可以构建Z型催化剂铁酸铈‑银‑凹凸棒石，抑制光生电子‑空穴的复合，能够提高该复合材料的催化性能，Ce离子提高了催化剂的脱硝抗硫活性。

技术领域

本发明属于催化剂领域，涉及到一种铁酸铈-银-凹凸棒石Z型异质结催化剂的制备方法及其光耦合脱硝应用。

背景技术

近年来，随着现代工业化进程的迅猛发展，化石燃料的大量使用，造成了氮氧化物的污染日益严重，它们严重威胁着生态环境和人类的身体健康,如光化学烟雾、酸雨、固体颗粒物PM2.5和呼吸道疾病等，因而，对氮氧化物的治理显得尤为迫切。

利用半导体特殊的能带结构在太阳光激发下产生电子空穴驱动氧化-还原反应以降解污染物质作为新型的，具有潜力的低温高效光催化脱硝技术，成为环境保护科学研究的一个热点。但是，常见的TiO₂半导体禁带宽度较宽，且催化剂在低温下的脱硝性能、抗硫性能差，铁酸铈(CeFeO₃)是一种具有钙钛矿(ABO₃)结构的稀土复合金属氧化物,其具有较窄的禁带宽度(1.8eV)，较好的抗硫性能，在环境保护、工业催化等领域具有很好的开发前景，然而单一的钙钛矿纳米颗粒尺寸较大，易于团聚。凹凸棒石具有独特的纳米棒状结构，用作脱硝催化剂载体有着天生的优势，且具有半导体性质。半导体自身的电子-空穴易于复合，而构建合适的异质结结构对于催化剂在光耦合脱硝领域有着重要的意义。

发明内容

本发明旨在提供铁酸铈-银-凹凸棒石Z型异质结催化剂的制备方法及其应用，所要解决的技术问题是遴选合适的原料及制备工艺流程，通过构建合适的异质结结构低温高效的铁酸铈-银-凹凸棒石光催化材料，来减小自身电子空穴的复合率，延长载流子的寿命，同时提高催化剂抗硫性。

本发明采用溶胶凝胶法一步制备铁酸铈-银-粘土纳米结构复合材料，反应过程简单，原料便宜易得。一方面利用Ag作为电子介体形成Z型异质结抑制电子空穴的复合，提高光催化活性，使NO_x在太阳光下能够快速发生选择性还原反应(SCR)的转化。另一方面本发明中的铁酸铈不仅具有较窄的禁带宽度而且其抗硫性能优异，凹凸棒石通过酸化既可以作为载体固载纳米颗粒，又可以作为半导体构建Z型异质结来进一步提高光耦合脱硝性能。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明为铁酸铈-银-凹凸棒石复合材料，以酸化的凹凸棒石为载体，在凹凸棒石上负载铁酸铈-银后得到的复合材料(CeFeO₃-Ag-ATP)。

本发明的具体工艺过程是：

(1)按照铈和铁的摩尔比为1:1～1:5，铈和铁金属硝酸盐总和与柠檬酸的摩尔比为1:1～1:5，铈与银的摩尔比为1:0.1～1:1，称取一定量的硝酸铈、硝酸铁、硝酸银和柠檬酸加入到去离子水中搅拌，并滴加乙二醇，用氢氧化钠溶液调节其pH值至8～12，将调节pH值后的混合液转移到水浴锅中，在70℃～90℃下继续搅拌10～16h，搅拌后得铁酸铈前驱体-银混合体系；

步骤(1)中加入的乙二醇作为分散剂，含有大量羟基，具有较好的溶解度，可以使被溶物较好分散。同时在溶胶凝胶法中，还会与柠檬酸酯化，使之成长为凝胶骨架，柠檬酸还作为络合剂，与金属离子发生络合反应，形成络合离子的化合物，保护起来，以免在调节pH值时形成沉淀，有利于铁酸铈的生长和铁酸铈-银的复合。