本发明专利技术涉及氮掺杂A2Nb4O11(表示为A2Nb4O11-xNx)、其制备方法及其在降解有机污染物中的应用。该氮掺杂A2Nb4O11是一种新型光催化剂，可用于污水中有机污染物光催化降解。所述A2Nb4O11-xNx催化剂通过用元素N取代纯A2Nb4O11的一些元素O而制得，其制备方法包括利用氮源通过固态反应掺杂氮的工艺。具有通式A2Nb4O11-xNx的新型氮掺杂A2Nb4O11催化剂的光学带隙比纯A2Nb4O11窄，并因此能够在可见光范围内激活，且已经证明其可以高效地降解有机污染物。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光催化剂领域，具体涉及氮掺杂A2Nb40n、其制备方法及其在降解有机污染物中的应用。
技术介绍
水中的有机污染物的存在已经造成严重的环境污染问题。对于这一全球性问题，利用太阳光光催化降解去除这些有机污染物是一个很有潜力的方法。当前，最常用的光催 化剂是半导体，例如=ZnO1'TiO广9、BiWO6'CdS11、Fe2O312和HNbO313等。但是这些半导体由于其带隙大，只能吸收紫外光。为了更好地利用阳光和室内照明，铌基光催化剂最近被广泛研究，因为层状钙钛矿型铌酸盐有可见光响应光活性13_16。1981年，Dion报道了一系列层状钙钛矿型铌酸盐，通式为AM2Nb3Oltl(A =钾、铷、铯；M =镧、钙等)，具有明显的光催化活性14。不久之后，Yoshimura报道层状钙钛矿型铌，RbPb2Nb3Oltl，能够被可见光激活并裂解水产生氢气15。最近，Wu13报道了 K2_xLa2Ti3_xNbx01Q及其质子衍生物在可见光下对水的分解。然而，层状钙钛矿铌酸盐催化剂对水中有机污染物的降解很少引起关注，直到近期ye16报道了高活性氮掺杂薄片状铌酸对水中罗丹明B的降解。虽然这些层状钙钛矿型铌酸盐和其质子衍生物在可见光下具有很高的光催化活性，但是它们的结构不是太稳定，甚至在大气条件下都很容易崩塌13_16。现在非层状铌酸盐光催化剂引起我们的很大兴趣，因为预计它们会比层状铌酸盐和其质子衍生物稳定。K2Nb4O11是由NbO6八面体构造而成的，具有四方钨青铜(TB)的晶体结构。它的晶体结构中包含有三角形，四边形和五边形的孔洞。K离子占据了其中的五边形和四边形孔洞，而铌离子占据了其中的三边形孔洞17。据报道，铜掺杂的K2Nb4O11光催化剂在紫外光下对酸性红G的光催化降解具有很高的活性18。
技术实现思路
本专利技术提供了一种氮掺杂A2Nb4O11,其可表不为A2Nb4O11-N,也可由如下通式⑴表示A2Nb40n_xNx(I)其中，A选自元素周期表第一主族元素；且0<x< I。根据本专利技术的一个方面，通式⑴中的A为Li、Na、K、Rb或Cs。最优选地，A为K。根据本专利技术的一个方面，本专利技术所述的通式(I)化合物的晶体结构为四方钨青铜型结构。根据本专利技术的一个方面，本专利技术的通式(I)化合物可作为光催化剂。优选地，该光催化剂是在可见光下激活的光催化剂。本专利技术还提供了上述通式(I)化合物的制备方法，其包括如下步骤DA2Nb4O11的表面酸化将A2Nb4O11浸溃在酸液中，然后过滤、洗涤并干燥；和2)氮掺杂A2Nb4O11得到A2Nb40n_xNx :将氮源与步骤I)得到的A2Nb4O11混合并加热，然后洗涤产物以去除吸附在产物表面的残余氮源，并干燥。本专利技术的A2Nb40n_xNx催化剂通过用元素N取代纯A2Nb4O11的一些元素0而制得，其制备方法包括利用氮源通过固态反应掺杂氮的工艺。根据本专利技术的一个方面，本专利技术的上述方法中的氮源为铵盐或含氮有机物，例如碳酸铵或尿素。根据本专利技术的一个方面，本专利技术的上述方法中的步骤I)中使用的酸液选自如下组成的组盐酸、硝酸、硫酸和磷酸。优选地，所述酸液的浓度为1-lOmol/L。根据本专利技术的一个方面，在步骤I)中，所述A2Nb4O11的重量与酸液的体积之比为 Ig : IOmi 至 Ig : 600ml。根据本专利技术的一个方面，在步骤I)中，所述浸溃时间为10-96小时。根据本专利技术的一个方面，在步骤I)中，所述洗涤是用蒸馏水洗涤；所述干燥是在200C _300°C下干燥，并且干燥时间大于10小时。根据本专利技术的一个方面，在步骤2)中，A2Nb4O11与氮源的重量比为I : 0.5至I 10。根据本专利技术的一个方面，在步骤2)中，所述加热温度为300-600°C。根据本专利技术的一个方面，在步骤2)中，所述加热时间为1-10小时。根据本专利技术的一个方面，在步骤2)中，用丙酮和/或蒸馏水洗涤产物以除去吸附在样品表面的残余氮源(如碱性物质)。根据本专利技术的一个方面，在步骤2)中，所述干燥是在20°C -300°C下进行，干燥时间为10-96个小时。本专利技术步骤I)中使用的A2Nb4O11的晶体结构为四方钨青铜型结构，其可以是商购获得的，也可以采用已知方法制备，也可以采用如下方法制备将A2CO3和Nb2O5混合物加热数小时，制得A2Nb4O1115在该方法中，加热温度可为800°C-1200°C;加热时间可为8-50小时；Nb2O5与A2CO3的比例可为3 I至I 10。本专利技术还提供了本专利技术所述的通式(I)化合物在降解有机污染物中的应用。优选地，所述有机污染物为污水中难分解的有机污染物。本文中的难分解的有机污染物是指大气条件下在污水中可以被保存较长时间不分解的有机物，如橙黄G(OG)和双酚A(BPA)等。本专利技术证明了具有通式(I)A2Nb40n_xNx的新型催化剂的光学带隙比纯A2Nb4O11窄，并因此能够在可见光范围内激活，且证明了其可以高效地降解有机污染物，尤其是降解难分解的有机污染物。此外，所述用于合成氮掺杂A2Nb4O11的工艺简便并能够大规模进行，且氮掺杂工艺比传统溅射工艺低廉。本专利技术的光催化剂无毒、化学反应惰性、在强光照射下稳定性高、可见光下的光催化效率高，是一种性能优良的光催化剂。附图说明图I :0G和BPA的分子结构及其紫外-可见光吸收谱。图2 A) K2Nb4O11、B) K2Nb4O11-N 和 C)标准 K2Nb4O11 (JCPDS 31-1059)的 XRD 谱。图3 A) K2Nb4O11 和 B) K2Nb4O11-N 的 SEM 图像。图4 A)K2Nb4O11 和 B)K2Nb4O11-N 的 XPS 宽范围能谱。图5 =K2Nb4O11 (A)和 K2Nb4O11-N(B)中元素的 XPS 谱。1、2 和 3 分别表示 Nb、。和 N。图6 A) K2Nb4O11和K2Nb4O11-N的紫外-可见光漫反射谱；B)根据方程式(ahv)2 =A(hv-Eg)由A推导出的曲线。图7 : (a) K2Nb4O11 和(b) K2Nb4O11-N 的光致荧光光谱(PL)。图8 0G光降解的浓度比C/CJC为在t时间的浓度，C0为初始浓度)对时间的曲线，催化剂分别为a)K2Nb40n、WK2Nb4O11-N和c)Ti02P25 ;使用330nm截止滤光片。图9 0G光降解的浓度比C/CJC为在t时间的浓度，C0为初始浓度)对时间的曲线，催化剂分别为a) K2Nb40n、b)Ti02P25和c) K2Nb4O11-N ;使用399nm截止滤光片。图10 0G降解过程的紫外-可见光谱变化图，催化剂是K2Nb4O11-N,使用的是399nm截止滤光片。图11 :橙黄G光催化降解时(TOC) / (TOC)。对时间的曲线[(TOC)是在时间t时的总有机碳，(TOC)。是起始的总有机碳，催化剂是K2Nb4O11-N,使用399nm截止滤光片]。图12 :橙黄G光催化降解时C/C。对时间的曲线(C是在时间t时的浓度，C0是起始浓度，使用399nm截止滤光片):a)老化的K2Nb4O11-N ；b)新制备的K2Nb4O11-N15图13 =BPA光催化降解时C/C。对时间本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种化合物，其为氮掺杂A2Nb4O11并由如下通式⑴表示 A2Nb4O11-A(I) 其中，A选自元素周期表第一主族元素；且0 < X < I。2.如权利要求I所述的化合物，其中A为Li、Na、K、Rb或Cs。3.如权利要求I或2所述的化合物，其晶体结构为四方钨青铜型结构。4.如权利要求1-3中任意一项所述的化合物，其为光催化剂。5.如权利要求4所述的化合物，其中所述光为可见光。6.一种制备权利要求1-5中任意一项所述化合物的方法，其包括如下步骤 DA2Nb4O11的表面酸化将A2Nb4O11浸溃在酸液中，然后过滤、洗涤并干燥；和 2)氮掺杂A2Nb4O11得到A2Nb40n_xNx :将氮源与步骤I)得到的A2Nb4O11混合并加热，然后洗涤产物以去除吸附在产物表面的残余氮源，并干燥。7.如权利要求6所述的方法，其中，步骤I)中使用的酸液选自如下组成的组盐酸、硝酸、硫酸和磷酸。8.如权利要求7所述的方法，其中，所述酸液的浓度为l-10mol/L。9.如权...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘大铸，邱永福，
申请(专利权)人：香港城市大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。