铌酸锶钡体系光催化剂常温降解碳氢化合物的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铌酸锶钡体系光催化剂常温降解非甲烷总烃(NMHC)技术，属于无机光催化材料领域。
【背景技术】
[0002]根据中华人民共和国环境保护部2014年发布的《中国环境状况公报》显示，2014年，全国空气质量达标城市仅占不到一成。造成空气污染的主要物质包括一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)、硫氧化物和颗粒物(PM)等。在碳氢化合物中，非甲烷总烃(NMHC)是一个重要的组成部分。非甲烷总烃，即除甲烷以外的所有可挥发的烃类化合物。这一类物质有较大的光化学活性，是形成光化学烟雾的前体物。NMHC的人为源主要有汽油燃烧、焚烧、溶剂蒸发、石油蒸发和运输损耗及废物提炼，这五类占碳氢化合物人为排放量的约96%。非甲烷总烃包含的种类很多，这些物质会在城市和乡村大气中因光化学反应而形成光化学氧化剂和气溶胶粒子，对环境和人类造成危害。非甲烷总烃(NMHC)和氮氧化物(NOx)会在太阳光的辐射下反应生成二次污染物如过氧酰基硝酸盐(PAN)、二次气溶胶(SOA)和臭氧(O3)等，而且挥发性有机物(VOCs)的存在也能导致细粒子如PM2.5浓度的增加。1955年美国洛杉矶发生的光化学烟雾事件造成65岁以上老人死亡400多人，数以万计的人倍受红眼、喉痛、脑闷等病状折磨，与此同时森林、草木、农作物业大面积受害；1970年东京发生的光化学烟雾事件是的全城受害6000人。2013年以来，全国雾霾的天气给人们的日常生活带来诸多不便，与此同时带来的，是呼吸系统疾病、心脏病等发病率的上升。自然正在不断提醒着我们，治理大气中NMHC污染物的任务已是刻不容缓、迫在眉睫。
[0003]非甲烷总烃具有种类多、浓度低、难吸附等特点，导致其难以被降解。当前消除环境中NMHC的方法主要有物理吸附法、热催化法、强氧化剂氧化法和光催化法。物理吸附法是采用活性炭和分子筛等对NMHC进行吸附，但是吸附量有限，而且在温度升高的情况下容易脱附。热催化法热所需的处理温度较高，耗能较大。强氧化法采用化学的方法，通过强氧化剂使碳氢气体被转化降解，但氧化剂本身更容易对环境造成污染。而利用太阳能驱动的光催化方法是在室温下降解NMHC的有效方案之一。目前国内外多采用T12来进行光催化净化NMHC气体，但是由于1102表面具有较高的电子和空穴复合率，因而对太阳光的利用率较低，因而开发能够有效分离光生载流子的光催化剂具有重大意义。铁电材料在低于居里温度时，具有自发极化作用。催化剂在光照后产生的载流子将受到自发极化作用产生微小电场的作用下分离，有效的减少了光生电子和空穴的复合。迄今为止，铌酸锶钡系列光催化剂在光催化净化NMHC方面未见到任何形式的报道。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于将铌酸锶钡体系(由以下通式表示:ywt % M-SrxBa1 xNb206,通式中M为Pt、Ag、Au、Pd、Rh、Ru、Fe、Co、N1、Cu元素中的一种，x的取值为0.4彡x彡0.8，I的取值为O < y < 4)光催化剂用于常温下光催化降解NMHC气体。
[0005]本发明提供了一种铌酸锶钡体系光催化剂，其用途在于常温光催化降解NMHC气体。
[0006]本发明提供了上述铌酸锶钡体系光催化剂的制备方法，包括以下步骤:
[0007]步骤一，将SrCO3粉末、BaCO 3粉末以及Nb 205粉末按照化学计量比准确称量并混合均勾，各物质的物质的量之比为:(SrCO3 = BaCO3 = Nb2O5) = η: (10_η): 10，通式中η取值为4 η 8 ；
[0008]步骤二，将步骤一得到的混合物及相应比例的KCl粉末放入球磨罐，混合粉末与KCl的物质的量之比为1:2，加入10-20mL乙醇后球磨5_18h形成均匀悬浊液，为反应原料；
[0009]步骤三，将步骤二得到的悬浊液烘干，研磨后放置于马弗炉中1173K-1573K煅烧2-8小时，得到含有熔盐的SrxBa1 ,Nb2O6 (0.4 ^ x ^ 0.8)粉体。将粉体用二次水及乙醇各清洗3次洗去熔盐，得到纯净的SrxBa1 ,Nb2O6 (0.4彡x彡0.8)光催化剂，研磨待用。
[0010]步骤四，采用光沉积法在步骤三得到的SrxBa1 xNb206粉体上担载贵金属，其中所担载的贵金属可以为Pt、Ag、Au、Pd、Ru、Fe、Co、N1、Cu元素中的任意一种。
[0011 ] 根据本发明，所述的ywt % M-SrxBa1加206系列光催化剂的x值优选0.8 ；所述的ywt % M-SrxBa1 xNb206系列光催化剂M担载量优选为:1 % (质量分数)。所制备的ywt% M-SrxBa1 xNb206系列光催化剂微观形貌为棒状，其长度在4.0-6.0 μπι之间，其宽度在0.40-0.60 μ m之间，其长宽比在9.00?13.00之间，所述复合光催化剂的比表面积在0.4-3.5m2/g 之间。
[0012]根据本发明，所述NMHC气体为挥发性NMHC气体污染物，优选为乙烯、丙烯、丙烷、乙烷。所述光催化降解NMHC气体的浓度处于200ppm以下，其中NMHC气体为单一组分NMHC气体或多种NMHC气体组成的混合气。
【附图说明】
[0013]图1为SrxBa1 ,Nb2O6 (0.4彡x彡0.8)系列光催化剂的吸收光谱图。
[0014]图2为Iwt % Pt-SrxBa1 ,Nb2O6 (0.4彡x彡0.8)系列光催化剂的吸收光谱图。
[0015]图3为Iwt % Pt-Sr0.8Ba0.2Nb206光催化剂的扫描电镜图。
[0016]图4为Iwt% Pt-SrxBa1 xNb206 (0.4彡x彡0.8)系列光催化剂在模拟太阳光固定床条件下光催化降解乙烯的数据图。
[0017]图5为Iwt % Pt-SrasBaa2Nb2O6光催化剂在模拟太阳光固定床条件下光催化降解乙烯稳定性测试的数据图。
[0018]图6为ywt % Pt-SrasBaa2Nb2O6 (O ^ y ^ 4)系列催化剂在模拟太阳光固定床条件下光催化降解乙烯的数据图。
[0019]图7 Iwt % Pt-SrxBa1 ,Nb2O6 (0.4彡x彡0.8)系列光催化剂在模拟太阳光固定床条件下光催化降解丙烷的数据图。
【具体实施方式】
[0020]以下结合附图具体说明本发明的技术方案和效果。
[0021]实施例1:
[0022]本实例提供了一种ywt % M-SrxBa1 xNb206系列光催化剂，其组成如下式表示:SrxBa1 xNb206，其中x的取值为0.4-0.8，y的取值为O。制备方法如下:
[0023]将SrC03、BaCO3, Nb2O5以及KCl按照相应的计量系数比混合后加乙醇球磨形成均匀悬浊液。将悬浊液烘干后得到混合粉末，而后将其转移到氧化铝坩祸中，放置到马弗炉中1373K热处理3小时，得到含有熔盐的SrxBa1 ,Nb2O6(0.4彡x彡0.8)粉体。用二次水及乙醇清洗3次洗去熔盐，得到纯净的SrxBa1 ,Nb2O6 (0.4彡x彡0.8)光催化剂，研磨待用。
[0024]实施例2:
[0025]本实例提供了一种ywt % M-SrxBa1 xNb206系列光催化剂，其组成如下式表示:ywt% Pt-SrxBa1 xNb206，其中M为Pt，x的取值为0.4-0.8，y的取值为0.5-40制备方法如下:
[0026]分别称取实施例1制备的SrxBa1 ,Nb2O6 (0.4 ^ x ^ 0.8)催化剂0.2g，加入150mL20%甲醇溶液，以及对应浓度的H2PtCl6光照1h后得到样品。经去离子水与酒精洗涤3