具有广谱催化性能的表面嫁接芳醇的氢氧化铌可见光催化剂及其制备和应用制造技术

本发明专利技术属于光催化剂合成技术领域，具体一种具有广谱催化性能的表面嫁接芳醇的氢氧化铌可见光催化剂及其制备和应用。本发明专利技术采用五氯化铌为铌源，在一定温度下水解首先制得氢氧化铌，然后以芳醇为有机溶剂，使上述氢氧化铌在溶剂热条件下与芳醇分子发生缩合反应，所得固体物经离心分离、洗涤、干燥后得到表面嫁接芳醇的氢氧化铌。本发明专利技术制得的表面嫁接芳醇的氢氧化铌为黄色粉末，能有效吸收可见光，在可见光照射下对污染物罗丹明B、甲基橙、苯酚降解，苯甲醇选择性氧化制备苯甲醛，重金属离子六价铬Cr(VI)还原与氯酚类污染物还原脱氯等反应均表现出极好的催化活性，并且无毒、高效、不易失活、适用范围广，在光催化领域具有良好的应用前景。

Visible light catalyst for surface grafting aromatic alcohol with broad spectrum catalytic performance and preparation and application thereof

The invention belongs to the technical field of photo catalyst synthesis, in particular to a visible light catalyst for the surface grafting of aromatic alcohol with broad spectrum catalytic performance and its preparation and application. The invention adopts five niobium niobium chloride as the source, at a certain temperature hydrolysis first prepared niobium hydroxide, then with benzyl alcohol as the organic solvent, the niobium hydroxide condensation reaction under solvothermal conditions and aromatic alcohol molecules, solid substance obtained by centrifugal separation, washing and drying to niobium hydroxide surface grafting mellow. Niobium hydroxide surface grafting aromatic polyols prepared by the invention is yellow powder, can effectively absorb the visible light under visible light irradiation on pollutant Luo Danming B, methyl orange, phenol degradation, selective oxidation of benzyl alcohol to benzaldehyde, heavy metal ion Cr six chromium (VI) reduction and reductive dechlorination of chlorophenols the reaction showed an excellent catalytic activity, and non-toxic, high efficiency, easy deactivation, wide application range, has a good application prospect in the field of photocatalysis.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光催化剂合成
，具体涉及一种具有广谱催化性能的表面嫁接芳醇的氢氧化铌可见光催化剂及其制备和应用。
技术介绍
半导体光催化技术是一种新型的环境治理技术，它利用太阳能作为驱动力，产生电子-空穴对，利用具有强氧化能力的空穴能将难降解的污染物完全分解，或者利用光生电子还原去除废水中的有毒重金属离子，而且大多数半导体光催化剂化学性质稳定，在使用过程中不会产生新的污染，半导体光催化技术的发展为深度处理环境污染提供了有效途径(M.R.Hoffmann,etal.Environmentalapplicationsofsemiconductorphotocatalysis,ChemicalReviews,1995,95,69-96；X.C.Wang,etal.AdvancesinphotocatalysisinChina,ChineseJournalofCatalysis,2013,524-535；A.Komano,etal.Titaniumdioxidephotocatalyticdecompositionofethyl-S-dimethylaminoethylmethylphosph-onothiolate(VX)inaqueousphase,AppliedCatalysisB:Environmental,2013,134-135,19-25)。同时，异相光催化还可用于有机化合物的选择性合成领域，光催化选择性氧化-还原反应体系通常在简单温和的条件下即可进行，避免了传统有机合成中所使用的复杂步骤和苛刻条件，为有机合成提供了一种绿色途径(徐艺军,等.光催化选择性氧化还原体系在有机合成中的研究进展,中国科学:化学,2011,41,1097-1111；S.Higashimoto,etal.EffectofsurfacetreatmentontheselectivephotocatalyticoxidationofbenzylalcoholintobenzaldehydebyO2onTiO2undervisiblelight,TopicsinCatalysis,2010,53,578-583；许宜铭,等.氟离子对二氧化钛选择性光催化氧化环己烷的影响,化学学报,2010,68,471-475)。目前用于污染物去除与选择性合成的光催化剂多为TiO2基材料，这是由于TiO2具有光稳定性好、成分简单、易制备且无毒等优点。但是，TiO2的带隙能是3.2eV，对应着387nm的光，这意味着它只能吸收太阳光谱中仅占3-5％的紫外光。为了拓展TiO2在可见光区的响应，各种过渡金属阳离子或者阴离子掺杂型TiO2光催化材料应运而生，但是金属离子掺杂易在TiO2的禁带中引入深杂质能级，成为电子和空穴的复合中心，并存在热不稳定性因素(V.Stengl,etal.Ge4+dopedTiO2forstoichiometricdegradationofwarfareagents,JournalofHazardousMaterials,2012,227-228,62-67；沈忠,等.模拟太阳光下鍺掺杂纳米TiO2对化学毒剂的降解性能,无机材料学报,2016,31,427-433)；而阴离子掺杂，如N、S等则削弱了空穴的氧化能力，而且通常的合成方法可引入的离子掺杂量较低，对可见光吸收性能的改善有限(T.C.Jagadale,etal.N-dopedTiO2nanoparticlebasedvisiblelightphotocatalystbymodifiedperoxidesol-gelmethod,JournalofPhysicalChemistryC,2008,112,14595-14602；Y.S.Jiang,etal.Improvedvisible-lightphotocatalyticactivityofNaTaO3withperovskite-likestructureviasulfuraniondoping,AppliedCatalysisB:Environmental,2015,166-167,104-111)。最近，有研究报道在TiO2表面嫁接金属离子如Cu(II)、Fe(III)可有效改善TiO2的可见光吸收特性与光催化性能(M.Miyauchi,etal.Visible-light-sensitivephotocatalysts:nanocluster-graftedtitaniumdioxideforindoorenvironmentalremediation,JournalofPhysicalChemistryLetters,2016,7,75-84)。除了TiO2基光催化材料，含铌化合物是另一类绿色光催化剂，因其环境友好、高的稳定性与催化性能，近年来受到研究者们的广泛关注。目前对碱金属铌酸盐和晶态氧化铌光催化剂的研究相对较多(T.Tanaka,etal.Synthesisofniobiumoxidenanoparticleswithplatemorphologyutilizingsolvothermalreactionandtheirperformancesforselectivephotooxidation,AppliedCatalysisB:Environmental,2016,182,469-475；K.J.Zhu,etal.ModifiedsolvothermalstrategyforstraightforwardsynthesisofcubicNaNbO3nanowireswithenhancedphotocatalyticH2evolution,JournalofPhysicalChemistryC,2015,119,25956-25964)，而对无定型氢氧化铌的光催化研究相对较少。近来有研究报道相对于传统的晶态氧化物，无定型氧化物或氢氧化物及其复合催化剂在可见光照射下显示出更高的光催化活性，这主要归因于无定型氧化物优异的电子迁移能力、高的比表面积及由此产生的强吸附能力(Q.Wang,etal.SynergisticphotosensitizedremovalofCr(VI)andRhodamineBdyeonamorphousTiO2undervisiblelightirradiation,JournalofHazardousMaterials,2013,247,135-144)。而且，相对于晶型氧化铌，无定型氢氧化铌含有大量的缺陷或表面羟基，可与嫁接分子间形成丰富的化学键，如此得到的表面改性催化剂可见光吸收性能好、光催化活性稳定。为了得到光吸收与氧化性能优异的可见光催化剂，以五氯化铌为铌源，经由水解反应首先制得无定型氢氧化铌Nb(OH)5，然后以芳醇为有机溶剂，通过溶剂热条件下的缩合反应，制得表面嫁接芳醇的Nb(OH)5，本专利技术的这一可见光催化剂及其制备方法尚未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有广谱催化性能的表面嫁接芳醇的氢氧化铌可见光催化剂及其制备和应用。具有广谱催化性能的表面嫁接芳醇的氢氧化铌可见光催化剂，其氢氧化铌与芳醇分子间以-Nb-O-C-键相连接。具有广谱催化本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有广谱催化性能的表面嫁接芳醇的氢氧化铌可见光催化剂，其特征在于，氢氧化铌与芳醇分子间是以‑Nb‑O‑C‑键相连接。

【技术特征摘要】
1.具有广谱催化性能的表面嫁接芳醇的氢氧化铌可见光催化剂，其特征在于，氢氧化铌与芳醇分子间是以-Nb-O-C-键相连接。2.具有广谱催化性能的表面嫁接芳醇的氢氧化铌可见光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)向去离子水中加入五氯化铌，将得到的五氯化铌混合液置于带有冷凝回流装置的油浴中进行水解反应，然后将所得固体物离心分离、水洗并干燥后首先制得氢氧化铌粉末；(2)将步骤(1)制得的氢氧化铌粉末加入到芳醇溶剂中，超声分散后，将所得混合悬浮液转移至带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，密封后置于干燥箱中进行溶剂热反应；(3)反应釜室温冷却后，先将所得沉淀物离心分离、然后用正己烷洗涤3次、丙酮洗涤3次，所得固体物于60℃干燥后即制得表面嫁接芳醇的氢氧化铌可见光催化剂。3.根据权利要求2所述的具有广谱催化性能的表面嫁接芳醇的氢氧化铌可见光催化剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤(1)中五氯化铌的加入量为体积份每100份去离子水中加入重量份0.5～3份五氯化铌。4.根据权利要求2所述的具有广谱催化性能的表面嫁接芳醇的氢氧化铌可见光催化剂的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨娟，戴俊，李瑶，游军，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41