本发明专利技术公开了一种可见光响应的钛酸铁钠光催化材料及其制备方法和应用，该光催化材料的分子式为NaFeTi3O8。可以采用高温固相法或溶胶凝胶法制备得到，制备方法简单、准备成本低；得到的NaFeTi3O8粉末颗粒均匀，平均粒径在80～100纳米，在可将见光波长范围内有较宽吸收带，化学稳定性好，经济实用，可以处理水体之中的有机污染物，是一种潜在的绿色环保、可见光响应的光催化材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种可见光响应的钛酸铁钠光催化材料，尤其涉及NaFeTi3O8及其制备方法和应用，属于无机光催化材料领域。
技术介绍
目前，随着现代工业
的飞速发展，以煤、石油和天然气为主的传统化石能源的消耗量急剧上升，出现了能源枯竭，能源危机，同时导致一系列严重的环境问题，光催化技术具有低成本、环境友好等特点，因而成为未来高新技术的新希望。光催化材料是指在光作用下可以诱发光氧化还原反应的一类半导体材料，而半导体光催化技术因其能够在清洁能源制备和环境净化方面有很好的应用前景而倍受关注，它的基本物理过程如下:当半导体吸收能量大于其带隙(Eg)的光子时，其价带上的电子(e )会被激发到导带上，同时在价带上产生空穴(h+);产生的电子和空穴发生分离，并迀移到半导体光催化材料的表面，参与氧化还原反应。目前，所研究的光催化材料已经不足以指导大规模工业化应用，另一方面，现有光催化材料的光响应范围窄，量子转换效率低，太阳能利用率低，这些依然是制约光催化材料应用的关键所在。紫外光在太阳能谱中只占大约5%，而可见光占约45%，因此，寻找具有可见光响应的高量子转换效率的光催化材料成为目前光催化领域的研究热点之一。为了与传统的二氧化钛等具有紫外光响应的光催化材料相区别，可见光响应的光催化材料被称之为新型光催化材料。可见光响应的复杂金属氧化物光催化材料体系主要有(I)Ag盐氧化物光催化材料体系；(2)复合光催化材料体系；(3)钒酸盐光催化材料体系；锑酸盐催化材料体系。同时，大量的钛酸盐光催化材料也被广泛研究，如SrT13作为一种半导体材料，能带结构是由一个充满电子的低能价带和一个空的高能导带构成，价带和导带之间由禁带分开，可用作光催化剂，在水的光催化处理、环境污染物的气一固光催化氧化等环境净化技术中得到应用。通过掺铁改性的1102可吸收一定量的可见光，其光催化活性也比T12有所提高。如中国专利CN101574653A报道了一种具有可见光响应的光催化材料Bi20T132;又如中国专利CN101214441A专利技术了一种Bi 5FeTi3015光催化材料，因具有较高的比表面积，均匀的颗粒，在可见光响应下光催化活性较好。在此基础上，本工作对钛酸铁钠NaFeTi3O8材料的光催化活性进行了研究，发现该化合物具有优异的可见光响应的光催化性能。
技术实现思路
针对上述现存的技术问题，本专利技术提供一种制备工艺简单，生产成本低，同时可以实现紫外光光催化的钛酸硅酸铯光催化剂及其制备方法和应用。为实现上述目的，本专利技术提供一种可见光响应的钛酸铁钠光催化材料，化学组成通式为NaFeTi3O8，平均粒径在80?100纳米。本专利技术又提供一种上述可见光响应的钛酸铁钠光催化材料的制备方法，采用高温固相法，包括如下具体步骤: (1)按化学组成通式NaFeTi3O8中对应元素的化学计量比，分别称取含钠离子的化合物、含铁离子的化合物、含钛离子的化合物，通过研磨均匀混合各原料； (2)将步骤(I)得到的混合物第一次煅烧，煅烧温度为200?500°C，煅烧时间为I?20小时，煅烧氛围为空气气氛，自然冷却后，研磨并混合均匀； (3)将步骤(2)得到的混合物第二次煅烧，煅烧温度为550?950°C，煅烧时间为I?20小时，煅烧氛围为空气气氛，自然冷却后，再次研磨并混合均匀； (4)将步骤(3)得到的混合物第三次煅烧，煅烧温度为1000?1350°C，煅烧时间为I?20小时，煅烧氛围为空气气氛，自然冷却后，研磨均匀后即得到钛酸铁钠光催化材料NaFeTi3O8 粉末。进一步，所述的含钠元素的化合物为氧化钠、碳酸钠、氢氧化钠、碳酸氢钠氯化钠中的一种；所述的含有铁元素的化合物为四氧化三铁、三氧化二铁、氢氧化铁、氯化铁中的一种；所述的含有钛元素的化合物为二氧化钛。更进一步，步骤(2)所述的煅烧温度为250?500°C，煅烧时间为2?19小时；步骤(3)所述的煅烧温度为600?950°C，煅烧时间为2?19小时；步骤(4)所述的煅烧温度为1000?1300°C，煅烧时间为2?19小时。本专利技术再提供一种上述可见光响应的钛酸铁钠光催化材料的制备方法，采用溶胶凝胶法，包括以下步骤: (A)将含钛物质溶于无水乙醇中，然后再加入冰醋酸，调节pH=2?4，充分搅拌I小时，配制成含钛溶液； (B)将含铁、含钠物质分别溶解于稀硝酸中，充分搅拌I小时，配制成铁盐、钠盐溶液； (C)在搅拌下，将步骤(B)制得的铁盐、钠盐溶液分别缓慢加入到步骤(A)所得的含钛溶液中，继续搅拌I小时，并且混合溶液中钠、铁与钛的摩尔比例为1:1:3 ; (D)将步骤(B)所得的溶液在室温下陈化形成透明凝胶，然后放置烘箱中80?90°C干燥，得到前驱体； (E)将前驱体放入马弗炉中煅烧，煅烧温度为1000?1250°C，煅烧时间为2?20小时，自然冷却后，研磨均匀即得到一种钛酸铁钠光催化材料NaFeTi3O8粉末。进一步，所述的含钠元素的化合物为氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、硝酸钠、氢氧化钠、氯化钠中的一种；所述的含有铁元素的化合物为三氧化二铁、四氧化三铁、硝酸铁、氢氧化铁、氯化铁中的一种；所述的含有钛元素的化合物为钛酸四丁酯、钛酸异丙酯中的一种。更进一步，步骤(E)所述的煅烧温度为1000?1200°C，煅烧时间为3?19小时。本专利技术另提供一种上述可见光响应的钛酸铁钠光催化材料的作为无机光催化材料的应用。该钛酸铁钠NaFeTi3O8光催化材料在可见光照射下能够有效分解多种有机污染物，光催化活性高，是一种良好的光催化材料。与现有技术方案相比，本专利技术技术方案优点在于: 1、NaFeTi3O8作为一种可见光响应的光催化材料，具有可见光响应这一特征，吸收光波长范围较宽，太阳光利用率较高。2、本专利技术所制备的NaFeT i 308光催化剂颗粒均勾，尺寸为纳米级，稳定性较好，具有较好的光催化性能。3、本专利技术所采用的NaFeTi3O8光催化材料的制备方法简单，成本较低。4、本专利技术制备过程无废水废气排放，对环境友好，且易于工业化生产。【附图说明】图1为本专利技术实施例1所制得的NaFeTi3O8样品的X射线粉末衍射图谱； 图2为本专利技术实施例1所制得的NaFeTi3O8样品的SEM (扫描电子显微镜)图谱； 图3为本专利技术实施例1所制得的NaFeTi3O8样品紫外-可见漫反射光谱的初始图； 图4为本专利技术实施例1所制得的NaFeTi3O8样品在光照时对有机染料亚甲基蓝的降解曲线； 图5为本专利技术实施例1所制得的NaFeTi3O8样品降解亚甲基蓝的动力学曲线图。图6为本专利技术实施例5所制得的NaFeTi3O8样品的X射线粉末衍射图谱； 图7为本专利技术实施例5所制得的NaFeTi3O8样品的SEM (扫描电子显微镜)图谱； 图8为本专利技术实施例5所制得的NaFeTi3O8样品紫外-可见漫反射光谱的初始图； 图9为本专利技术实施例5所制得的NaFeTi3O8样品在光照时对有机染料亚甲基蓝的降解曲线；图10为本专利技术实施例5所制得的NaFeTi3O8样品降解亚甲基蓝的动力学曲线图。【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述。本专利技术钛酸铁钠光催化剂的化学式为NaFeTi3O8，可以采用固相法、溶胶-凝胶法制备，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可见光响应的钛酸铁钠光催化材料，其特征在于，化学组成通式为NaFeTi3O8，平均粒径在80～100纳米。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：乔学斌，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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