铁酸钙催化剂及其制备方法和用途技术

本发明专利技术公开一种铁酸钙催化剂及其制备方法和用途。本发明专利技术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。本发明专利技术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。

Calcium ferrite catalyst and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
铁酸钙催化剂及其制备方法和用途
本专利技术涉及催化剂领域，具体地涉及铁酸钙催化剂及其制备方法和用途。
技术介绍
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。该专利技术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。
技术实现思路
为解决现有技术中的至少部分技术问题，专利技术人进行了深入研究，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专利技术。具体地，本专利技术包括以下内容。本专利技术的第一方面，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，根据本专利技术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，根据本专利技术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，根据本专利技术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。优选地，根据本专利技术的铁酸钙催化剂的制备方法，其中，所述第二温度为500-650℃；所述第二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，根据本专利技术的铁酸钙催化剂的制备方法，其进一步包括洗涤步骤，其包括使得到的铁酸钙催化剂与去离子水接触并洗涤。本专利技术的第二方面，提供一种铁酸钙催化剂，其通过根据第一方面所述的制备方法得到。优选地，根据本专利技术的铁酸钙催化剂，所述催化剂为具有台阶面的微米棒形状，且所述微米棒的长度为3-5微米。本专利技术的第三方面，提供铁酸钙催化剂在光催化中的用途。优选地，根据本专利技术的铁酸钙催化剂在光催化中的用途，所述用途包括光催化水制氢、处理环境污染物。本专利技术的制备方法所制备的铁酸钙催化剂是一种纯相催化剂，与常规催化剂及其制备方法相比，具有制备反应温度低、晶体结晶度高、晶体形貌规则的特点，并且催化性能显著提高，在催化剂领域，尤其是涉及光催化制氢以及污染物光催化降解具有广阔应用前景。附图说明图1为本专利技术实施例1制备得到的铁酸钙催化剂的X射线衍射图。图2为本专利技术实施例1制备得到的铁酸钙催化剂的扫描电镜图。图3为本专利技术实施例1制备得到的铁酸钙催化剂的光电流密度图。图3中，传统固相法制得的铁酸钙的光电流密度为1.7μA/cm2，熔盐法制得的铁酸钙的光电流密度为10.6μA/cm2，提升了大约6倍，说明具有良好的光生电子-空穴分离能力。具体实施方式现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限制，而应理解为是对本专利技术的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本专利技术。另外，对于本专利技术中的数值范围，应理解为具体公开了该范围的上限和下限以及它们之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本专利技术内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本专利技术所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本专利技术仅描述了优选的方法和材料，但是在本专利技术的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。除非另有说明，否则“％”为基于重量的百分数。[铁酸钙催化剂的制备方法]本专利技术的第一方面，提供一种铁酸钙催化剂的制备方法，其包括(1)使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。可选地，本专利技术的制备方法还包括(2)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；和(3)洗涤步骤，其包括使得到的铁酸钙催化剂与去离子水接触并洗涤，通过洗涤其能够提升催化剂的纯度。下面详细说明各步骤。[铁酸钙催化剂制备步骤]本专利技术的步骤(1)为由铁酸钙前驱体制备铁酸钙催化剂的步骤。步骤(1)得到的催化剂为纯相铁酸钙，且具有台阶面形态。本专利技术人发现采用特定的固体熔盐体系具有优异的效果。其原因可能在于特定固体熔盐体系的特点，例如体系的熔点、密度、表面张力等性质在催化剂合成产生了重要影响，由于固体熔盐中阴、阳离子最近距离没有增大，反而有所减少，在该体系中产生了不规则分布的缝隙或空位。基于此，一方面能够在反应过程中显著降低反应温度并缩短反应时间。另一方面，较好地控制合成催化剂晶体的尺寸和形貌。本专利技术的固体熔盐为无机盐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁酸钙催化剂的制备方法，其特征在于，包括使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。/n

【技术特征摘要】
1.一种铁酸钙催化剂的制备方法，其特征在于，包括使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。


2.根据权利要求1所述的铁酸钙催化剂的制备方法，其特征在于，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。


3.根据权利要求1所述的铁酸钙催化剂的制备方法，其特征在于，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。


4.根据权利要求3所述的铁酸钙催化剂的制备方法，其特征在于，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丁，
申请(专利权)人：力行氢能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37