一种转化水溶液中Cr(VI)的催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种转化水溶液中Cr(VI)的催化剂及其制备方法和应用。采用的技术方案是：将NaTaO

【技术实现步骤摘要】
一种转化水溶液中Cr(VI)的催化剂及其制备方法和应用
本专利技术属于化工催化领域，尤其涉及新型催化剂的合成及利用催化剂对水体中Cr(VI)进行转化的方法。
技术介绍
随着近代工业的发展，自然水体和工业废水中的六价铬(Cr(VI))已经成为环境的一大危害。Cr(VI)主要来源于采矿、电镀、金属表面处理、制革、印染以及铸造等行业，在不同的浓度或pH条件下，Cr(VI)以铬酸盐(HCrO4-/CrO42-)和重铬酸盐(Cr2O72-)的形式进入环境。研究表明，Cr(VI)有高于Cr(III)1000倍的致癌性，并且通常具有更高的溶解性、毒性、不稳定性以及生物活性。饮用水中如果含有Cr(VI)，会增加人体患肝癌、皮肤癌及膀胱癌的可能性。相反，适量的Cr(III)是人体所必须的元素，因此，将Cr(VI)还原成Cr(III)是十分必要的。光催化技术因其能直接利用吸收的光去除水体中污染物，并且易分离回用，而受到广泛的关注，如TiO2因其催化活性相对较高，物理化学性质稳定，而被广泛应用。对于去除水体中的Cr(VI)，我们需要选择一个具有较强氧化能力和还原能力的半导体，将Cr(VI)转化为Cr(III)，这就要求我们选择一个相对较高导带和相对较低价带的宽带半导体。经调查，钙钛矿NaTaO3是一种新型非金属宽带半导体材料，具有较高的光催化还原性能，然而因为具有较宽的能带间隙，NaTaO3只能吸收紫外光进行光催化反应。紫外光只占太阳光谱的4％，这使太阳能的利用率变得极小。为了获得更高的太阳能利用率，必须开发出能够利用可见光的催化剂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于设计合成一种可用于转化水溶液中Cr(VI)的新型催化剂X/NaTaO3/Er3+:YAlO3(X＝Ag,AuandPt)。本专利技术所涉及化合物属于新型稀有金属催化剂，将其应用于Cr(VI)转化，方法简单，无污染，催化剂稳定且易于分离。本专利技术采用的技术方案如下：一种转化水溶液中Cr(VI)的催化剂，所述催化剂为X/NaTaO3/Er3+:YAlO3，其中，X＝Ag，Au或Pt。上述的一种转化水溶液中Cr(VI)的催化剂的制备方法，方法如下：1)将Er3+:YAlO3和NaTaO3混合，加去离子水，超声分散15-25min；在沸点下加热30-40min，并磁力搅拌，反应物用蒸馏水过滤和清洗后，于马弗炉中500℃加热2-3h，得NaTaO3/Er3+:YAlO3；2)将NaTaO3/Er3+:YAlO3和氯金酸、氯铂酸或硝酸银溶解在乙醇中，超声分散30-40分钟，得悬浮液，将悬浮液加热到沸点，沸点下加热30-40分钟，反应物用蒸馏水过滤和洗涤后，在350℃下煅烧1-2h，研磨，得X/NaTaO3/Er3+:YAlO3；其中X＝Ag、Au或Pt。上述的一种转化水溶液中Cr(VI)的催化剂的制备方法，按质量比，Er3+:YAlO3:NaTaO3＝3:7。上述的一种转化水溶液中Cr(VI)的催化剂的制备方法，所述的氯金酸、氯铂酸或硝酸银的加入量为NaTaO3/Er3+:YAlO3质量的1-2％。上述的一种转化水溶液中Cr(VI)的催化剂的制备方法，所述的NaTaO3的制备方法是：将Ta2O5和NaOH，加水搅拌均匀后，转移到水热反应釜中，在180℃下处理15-17h，冷却至室温，弃上清液，沉淀物用去离子水洗涤至中性，离心，干燥，得NaTaO3。上述的一种转化水溶液中Cr(VI)的催化剂的制备方法，按摩尔比，Ta:Na＝1:10。上述的一种转化水溶液中Cr(VI)的催化剂的制备方法，所述的Er3+:YAlO3的制备方法是：将Er2O3和Y2O3溶解在浓硝酸中，然后依次加入Al(NO3)3水溶液和柠檬酸水溶液，于50-60℃加热搅拌，当溶液呈粘稠状时停止，得发泡黏胶状溶液，将发泡黏胶状溶液于75-85℃下加热35-40h，得泡沫溶胶，将泡沫溶胶在500℃下加热50-60min后，在1100℃煅烧2-3h，冷却，得Er3+:YAlO3。上述的催化剂在转化水溶液中Cr(VI)中的应用。方法如下：于含有Cr(VI)的溶液中，加入上述的催化剂X/NaTaO3/Er3+:YAlO3，在常温，太阳光照下照射。本专利技术的有益效果是：1.本专利技术，为了提高NaTaO3的光催化效率，进而更有效的转化六价铬离子，将上转光剂Er3+:YAlO3与NaTaO3结合在一起，在这个光催化剂组合中，Er3+:YAlO3可以将吸收的可见光转化为能被NaTaO3直接利用的紫外光，从而使具有较宽能带间隙的NaTaO3能更有效的利用太阳光进行光催化反应。2.本专利技术，为了达到利用太阳光激发电子-空穴对来提高光催化效率的目的，添加少量的贵重金属例如金、银在半导体表面，通过采用一个三重异质结的光催化系统，可以提高可见光吸收和光催化效率，展示了对于六价铬的最佳光催化还原效率。3.本专利技术在多种光催化技术的基础上，针对Cr(VI)研究了以NaTaO3复合上转光发光材料并添加助催剂进行Cr(VI)转化的技术。通过本专利技术的方法，可将Cr(VI)浓度降至0.05ppm以下，而不影响其它质量指标。与其它光催化技术相比，本专利技术过程简单，常温常压进行，条件温和，并且可利用太阳能，转化率达到97％以上。附图说明图1a是Er3+:YAlO3的XRD图。图1b是Er3+:YAlO3的SEM图。图2a是NaTaO3的XRD图。图2b是NaTaO3的SEM图。图3a是NaTaO3/Er3+:YAlO3的XRD图。图3b是NaTaO3/Er3+:YAlO3的SEM图。图4a是Ag/NaTaO3/Er3+:YAlO3的XRD图。图4b是Ag/NaTaO3/Er3+:YAlO3的SEM图。图5a是Au/NaTaO3/Er3+:YAlO3的XRD图。图5b是Au/NaTaO3/Er3+:YAlO3的SEM图。图6a是Pt/NaTaO3/Er3+:YAlO3的XRD图。图6b是Pt/NaTaO3/Er3+:YAlO3的SEM图。具体实施方式实施例1催化剂Ag/NaTaO3/Er3+:YAlO3(一)制备方法1.NaTaO3制备：将1.7540gTa2O5和3.1750gNaOH(Ta/Na摩尔比1:10)，加入25mL的蒸馏水搅拌均匀后，转移到水热釜中，在180℃下处理15h后冷却到室温。待水热釜完全冷却后，取出，弃上清液，得白色粉末，将该白色粉末用去离子水离心洗涤至洗出液为中性，再用无水乙醇冲洗两遍。最后将产物在60℃烘箱中干燥12小时，得NaTaO3，备用。2.Er3+:YAlO3制备：将0.0232gEr2O3、1.3640gY2O3溶解在浓硝酸中，并磁力加热搅拌直至无色透明，得稀土离子溶液。然后另取一烧杯，称取4.5316gAl(NO3)3·9H2O溶解在蒸馏水中，在室温下用玻璃棒搅拌并慢慢加入到上述稀土离子溶液中。称取15.2325g柠檬酸作为螯合剂和助溶剂并用蒸馏水溶解，然后加入到上述溶液中。随后在50-60℃加热搅拌，当溶液呈粘稠状时停止。在这个过程中没有沉淀生成，最终得到发泡黏胶状溶液。将发泡黏胶状溶液放入烘箱，80℃恒温加热36h。在干燥过程中直到蒸干溶剂没有沉淀物生成，最终得到泡沫溶胶。将得到的泡沫溶胶在500℃加热50min，然后在11本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种转化水溶液中Cr(VI)的催化剂，其特征在于，所述催化剂为X/NaTaO

【技术特征摘要】
1.一种转化水溶液中Cr(VI)的催化剂，其特征在于，所述催化剂为X/NaTaO3/Er3+:YAlO3，其中，X＝Ag，Au或Pt。2.权利要求1所述的一种转化水溶液中Cr(VI)的催化剂的制备方法，其特征在于，方法如下：1)将Er3+:YAlO3和NaTaO3混合，加去离子水，超声分散15-25min；在沸点下加热30-40min，并磁力搅拌，反应物用蒸馏水过滤和清洗后，于马弗炉中500℃加热2-3h，得NaTaO3/Er3+:YAlO3；2)将NaTaO3/Er3+:YAlO3和氯金酸、氯铂酸或硝酸银溶解在乙醇中，超声分散30-40分钟，得悬浮液，将悬浮液加热到沸点，沸点下加热30-40分钟，反应物用蒸馏水过滤和洗涤后，在350℃下煅烧1-2h，研磨，得X/NaTaO3/Er3+:YAlO3；其中X＝Ag、Au或Pt。3.根据权利要求2所述的一种转化水溶液中Cr(VI)的催化剂的制备方法，其特征在于，按质量比，Er3+:YAlO3:NaTaO3＝3:7。4.根据权利要求2所述的一种转化水溶液中Cr(VI)的催化剂的制备方法，其特征在于，所述的氯金酸、氯铂酸或硝酸银的加入量为NaTaO3/Er3+:YAlO3质量的1-...

【专利技术属性】
技术研发人员：李博文，宋有涛，王君，王依滴，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21