改性層狀鈮酸鹽的制備及其性能研究.pdf

1、近年來，層狀鈮酸鹽化合物在光催化分解水制氫方面表現(xiàn)出了優(yōu)異的催化性能，引起了人們對層狀鈮酸鹽催化性能的關(guān)注。其中K4Nb6O17是具有獨特的層狀晶體結(jié)構(gòu)、離子交換能力和光催化性能的鈮酸鹽化合物，是一種被廣泛研究的鈮酸鹽催化劑，其光催化活性的研究主要集中在光降解水方面，而對光催化降解有機硫化物方面的研究卻鮮有報道。 本文通過水熱合成法合成了鈮酸鹽催化劑K4Nb6O17，考察了不同反應(yīng)時間對合成目標產(chǎn)物的影響；采用離子交換法制備了改

2、性鈮酸鹽催化劑Ni2Nb6O17和Fe0．75Nb6O17，利用Pechine法制備了層狀K4Nb6O17薄膜催化劑；采用X-射線粉末衍射（XRD）、紫外-可見漫反射光譜（UV-vis-DRS）等技術(shù)對所合成的樣品進行表征。通過傅立葉變換紅外光譜法研究了鈮酸鹽光催化劑在流動體系和靜態(tài)條件下對不同的有機硫化物氣體的吸附性能與光催化氧化性能。實驗結(jié)果表明： （1）不同的反應(yīng)時間是影響K4Nb6O17的晶相結(jié)構(gòu)和純度的一個重要因素，隨

3、著反應(yīng)時間的逐漸增加，所合成的K4Nb6O17樣品的結(jié)晶度不斷提高，且晶粒不斷變大。通過XRD分析結(jié)果表明，反應(yīng)時間為24 h時，就能制得較純的斜方相晶體K4Nb6O17，晶體具有典型的層狀結(jié)構(gòu)。通過布拉格方程λ-2dsinθ，計算出K4Nb6O17的（020）晶面間距為：2．0122 nm。 （2）采用24小時晶化的K4Nb6O17作為改性前驅(qū)物，采用離子交換法制備改性鈮酸鹽催化劑Ni2Nb6O17和Fe0．75Nb6O17。

4、通過XRD分析結(jié)果表明，改性后的鈮酸鹽催化劑同樣具有典型的層狀結(jié)構(gòu)，其相應(yīng)的（020）、（040）面的衍射角向高角度移動，樣品的層間距減小。通過布拉格方程λ=2dsinθ，計算出Ni2Nb6O17和Fe0．75Nb6O17的（020）晶面間距分別為：1．7802 nm、1．6474 nm。通過紫外可見漫反射表明，改性后的鈮酸鹽催化劑對光譜的吸收由紫外光區(qū)向可見光區(qū)域移動，且吸收強度增加，其中K4Nb6O17經(jīng)Ni2+離子交換后，吸收帶邊

5、明顯發(fā)生紅移，并且在可見光區(qū)域還存在一個弱吸收帶，而K4Nb6O17經(jīng)Fe3+離子交換過后，形成兩個吸收帶，第一個吸收帶在紫外區(qū)，而第二個吸收帶在可見光區(qū)，其吸收帶邊出現(xiàn)在545 nm左右。 （3）利用Pechine法制備層狀K4Nb6O17薄膜催化劑，檸檬酸用量對金屬離子配位的穩(wěn)定性影響很大。通過實驗表明，獲得穩(wěn)定Nb-檸檬酸溶液，檸檬酸與金屬離子的最佳配比為6：1；通過紫外可見漫反射結(jié)果表明，隨著涂覆層數(shù)的變化，K4Nb6O

6、17薄膜對紫外光的響應(yīng)不同。隨著涂覆層數(shù)的增加，吸收帶邊向長波方向移動，當涂覆5層后，其吸收閾值和涂覆1層的吸收閾值相差很大，但是，當其涂覆層數(shù)進一步增加，其吸收閾值基本不變。 （4）以不同的有機硫化物作為降解對象，在不同的實驗氛圍下考察了所合成的鈮酸鹽催化劑對有機硫化物的吸附催化性能。研究表明，以甲硫醇為目標降解物，在可見光以及紫外光輻射下，在Ni2Nb6O17的催化作用下，甲硫醇氧化為亞磺酸酯，而在Fe0．75Nb6O17催