[发明专利]一种钙钛矿型钛酸镧材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种钙钛矿型钛酸镧材料及其制备方法和应用。是以碳化钛铝(Ti₃AlC₂)和六水硝酸镧(La(NO₃)₃‑6H₂O)为原料，先采用水热法将不溶于水溶液的Ti₃AlC₂充分溶于硝酸镧溶液中，再将所得的混合溶液采用柠檬酸络合‑溶胶凝胶法制得凝胶，置于烘箱中干燥得到干胶，最后将其置于马弗炉中1000～1200℃下进行6～8小时焙烧，得到最终的La₂Ti₂O₇样品。本发明的钙钛矿型La₂Ti₂O₇晶型完好，呈颗粒状存在，在颗粒表面存在大量孔径不一的微孔，有助于气体分子进出，在催化剂表面进行吸附和脱附。用1100℃焙烧6小时的La₂Ti₂O₇样品进行甲基橙的光催化降解实验，在紫外光照射60min条件下对甲基橙的降解率可达91％。

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，涉及一种新型的钙钛矿型La₂Ti₂O₇催化剂材料及其制备方法和应用。

背景技术

光催化净化技术应用于大气和水污染治理具有独特的使用效果，已经被应用于许多具体的环境污染治理过程。在过去的研究过程中，主要的工作是围绕新型高活性光催化材料的制备与应用。经过半个世纪的开发和改进，目前的研究重点是该技术的进一步工业化应用。在这个过程中，材料的选择和对具体工艺过程的适应性就显得尤为重要。

光催化技术和相关产品主要用于小型民用产品和小规模工业生产中，对其在大规模工业生产中应用的主要制约因素是光催化材料。含钛化合物是光催化材料的主体，其中最主要的是氧化钛，受到研究者重点关注的钛酸盐是当前极有应用潜力的一类新型光催化材料。钛酸镧材料在各类环境污染净化过程具有令人满意的性能，尤其是对可见光能的利用使其具有较低的使用成本。

钛酸镧属于ABO₃钙钛矿结构材料，是一种新型的人工合成的功能陶瓷粉末。可以用作压电材料、光电材料、铁电材料等。由于钛酸镧是典型的层状钙钛矿(A₂B₂O₇)型稀土复合金属氧化物，具有催化活性高、光量子效率大等优点，能够高效利用光能，因而在光解水制氢、有机物分解、环境治理等方面具有十分广泛的用途。

目前对于钛酸镧制备方法的研究较多，包括：高温固相法、水热法、溶胶凝胶法等等，如：钛酸镧以往的合成方法一般采用传统的固相高温方法，黄利珍等采用固相反应法制备钛酸镧包括以下6个步骤：称量原料-混合原料-预烧粉末-粉末成型-块体烧结-气氛处理，该法的优点是反应过程不需要添加任何溶剂，原料的选择性高，产生新的固相物质也多，工艺较为简单，其缺点是不仅能耗高，而且长时间的烧结，合成的产品粒径大而且分布不均匀从而影响了其使用性能。还有水热法和溶胶凝胶法也是常见的钛酸镧的方法，各有自己的优势和缺点。因此，如何采用经济合理的工艺路线，合成出纯度高、粒径小且分布均匀的产品，已经成为科研工作者的重点研究课题。

本发明从原料的角度出发研究，首次采用碳化钛铝作为钛源进行钛酸镧的合成，并通过制备方法的探索和改进，制备出一种形貌和性能具有显著优势的新型钛酸镧材料，为钛酸镧材料的合成提供了一种新的途径。

发明内容

本发明的首要目的在于提供了一种新的制备钙钛矿型La₂Ti₂O₇材料的方法，首次使用碳化钛铝作为钛源进行钛酸镧的合成，并提出一套与之相适应的独特制备方法，实现资源最大限度的利用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：