[发明专利]铁酸钙催化剂及其制备方法和用途

说明书

本发明公开一种铁酸钙催化剂及其制备方法和用途。本发明的制备方法包括使铁酸钙前驱体与固体熔盐混合，并加入惰性液体介质研磨，干燥后在高温下焙烧，得到铁酸钙催化剂。本发明的铁酸钙催化剂为纯相催化剂，并且具有制备反温度低、晶体结晶度高、晶体形貌规则的特点，该催化剂的性能显著提高，在光催化制氢以及污染物光催化降解方面具有广阔应用前景。

技术领域

本发明涉及催化剂领域，具体地涉及铁酸钙催化剂及其制备方法和用途。

背景技术

因世界经济快速发展而导致的严重环境污染和巨大能源消耗已然成为各国亟待解决的重大问题，这也是关系到人类生存发展的首要问题。能源短缺和环境污染所带来的诸多问题，使得世界各国迫切希望找到可再生、高效和清洁的新能源。太阳能作为一种新能源，可以利用光催化剂将水分解为氢气和氧气。目前，已经开发出大量的光催化分解水产氢催化剂，包括氧化钛、聚合物氮化碳和钛酸锶等，致力于制备高效的半导体基光催化剂。其中，铁酸钙作为一种p型半导体，由于具有合适的窄带隙(约1.9eV)，而且原料成本低，材料无毒无害等，已被用于光催化分解水制氢、处理环境污染物等。

例如，兰喜杰等人采用共沉淀法和溶剂热法两种方法制备了具有不同晶型的纳米铁酸钙[兰喜杰,刘淑红,王颖捷等，不同方法制备纳米铁酸钙的光催化性能[J].大连交通大学学报,2019,40(01):93-96.]，合成的铁酸钙具有小颗粒组成的块状形貌，模拟太阳光照射90min后染料的降解率达到77.7％。

例如，CN108543536A公开了一种钒酸铋-铁酸钙复合光催化剂、制备方法及其应用，该光催化剂包括m-BiVO₄基体，在m-BiVO₄基体表面分散有CaFe₂O₄，CaFe₂O₄与m-BiVO₄基体的质量比为5-20：95-80，采用低温自蔓延溶胶-凝胶法结合煅烧法制备出单斜钒酸铋/尖晶石型铁酸钙复合光催化材料。该发明的催化剂为复合光催化剂，同时制备步骤繁琐。

目前研究主要集中于复合铁酸钙催化剂的制备和应用研究。一方面，对纯相铁酸钙催化剂研究较少，且需要解决传统制备中的高温(一般在1100℃以上)而导致的耗能高的问题，因此具有一定的难度。另一方面，虽然有的制备方法中降低了制备过程中的温度，但是低温使反应不完全，进而使合成的产物中得不到纯相催化剂。此外，铁酸钙催化剂本身具有的电荷迁移率、光生电荷的复合等性能远未达到理想水平，仍需进一步提高。

发明内容

为解决现有技术中的至少部分技术问题，发明人进行了深入研究，通过大量实验发现通过制备铁酸钙前驱体后采用固体熔盐球磨焙烧，能够解决过高温度的反应条件导致的高能耗问题，并且满足铁酸钙催化剂催化性能的需求。至少部分地基于该发现完成了本发明。具体地，本发明包括以下内容。

本发明的第一方面，提供一种铁酸钙催化剂的制备方法，其包括使所述铁酸钙前驱体与固体熔盐混合，并加入第一惰性液体介质研磨，干燥后在第一温度下焙烧，得到铁酸钙催化剂。

优选地，根据本发明的铁酸钙催化剂的制备方法，其中，所述第一温度为600-1000℃，且所述固体熔盐的熔点低于所述第一温度；所述第一惰性液体介质选自水、乙醇、甲醇、丙醇和丙酮，或者它们的混合物。

优选地，根据本发明的铁酸钙催化剂的制备方法，其进一步包括铁酸钙前驱体的制备步骤，其包括将钙源和铁源混合，并加入第二惰性液体介质中进行研磨，干燥后在适于钙源和铁源反应的第二温度下焙烧得到铁酸钙前驱体。

优选地，根据本发明的铁酸钙催化剂的制备方法，其中，所述钙源选自由氧化钙、碳酸钙、乙酸钙、草酸钙和硝酸钙组成的组中的至少一种，所述铁源选自由硝酸铁和氧化铁组成的组中的至少一种。