钙钛矿型复合氧化物LaFeO_3和SrFeO_3的催化性能

2000年12月工业水处理Dec.,2000

第20卷第12期Industrial

WaterTreatmentVol.20No.12

钙钛矿型复合氧化物LaFeO3和SrFeO3的催化性能

王俊珍,付希贤,白树林,杨秋华,孙艺环,曾淑兰

(天津大学化学系,天津　300072)

　　[摘要]采用柠檬酸络合法合成了钙钛矿型复合氧化物LaFeO3和SrFeO3,并以其为催化剂对几种水溶性染料溶液进行降解实验。结果表明,LaFeO3和SrFeO3均有较强的催化性能,且SrFeO3的催化活性明显高于LaFeO3。这主要与A位离子的种类有关,A位离子不仅改变了B位离子的价态和电子结构,同时还影响到A—O、B—O之间的结合能。

　　[关键词]钙钛矿型复合氧化物;LaFeO3;SrFeO3;催化降解;氧空位

　　[中图分类号]X788　[文献标识码]A　[文章编号]1005-829X(2000)12-0015-02

Thecatalyticbehariorofperovskite2typemixedoxidesLaFeO3andSrFeO3

WANGJun2zhen,FUXi2xian,BAIShu2lin,YANGQiu2hua,SUNYi2huan,ZENGShu2lan

(DepartmentofChemistry,TianjinUniversity,Tianjin300072)

Abstract:Perovskite2typemixedoxidesLaFeO3andSrFeO3arepreparedbycitricacidcomplexmethod.Itisusedincatalyticdegradationofwatersolubledyesascatalyst.Theresultsshowthatperovskite2typeLaFeO3andSrFeO3havehighcatalyticbeharior,butthecatalyticbehariorofSrFeO3ishigherthanthatofLaFeO3,whichismainlyrelatedtothespeciesofAsiteions.AionsnotonlychangethevalenceandelectricstructureofBions,butalsohaveeffectonthecombinationenergyofA-O、B-O1

Keywords:perovskite2typemixedoxide;LaFeO3;SrFeO3;catalyticdegradation;oxygenvacancies

　　钙钛矿型ABO3复合氧化物具有非常稳定的晶体结构和良好的氧化还原催化活性。ABO3作为催化剂,多用于CO、NH3、CH4等的催化氧化反

1,2〕应〔。但将其用于有机污染物的催化降解则很少见报导。　　染料废水的排放量大,难降解,是环境保护工作亟待解决的难题。本文采用柠檬酸络合法合成了钙钛矿型LaFeO3和SrFeO3,分别以它们作催化剂,对几种水溶性染料进行降解试验,二者均具有较强的催化活性。ABO3催化剂的催化活性,不仅取决于B位元素,还与A位离子的种类有关。A位离子不但可以稳定晶体结构,调节B位离子的价态,还可以影响到A—O与B—O之间的结合能和晶格缺陷的变化,最终改变物质的催化活性。

　　所用试剂均为分析纯,染料为市售。112　LaFeO3和SrFeO3的制备和表征　　采用柠檬酸法制备LaFeO3和SrFeO3,烧结温

〔3〕度均为700℃。用X—射线衍射分析其晶体结构。113　染料的催化降解

　　在50mL浓度为10mg/L的各染料溶液中,分别加入50mg的LaFeO3和SrFeO3,于振荡器上振荡2h。稍放置后取少量上层液离心分离,用721型分光光度计于各染料的最大吸收波长测定其吸光度

AA

A,用染料溶液的脱色率D=×100%表征

A0

1　实验部分111　仪器和试剂

催化剂的催化活性,A0为染料溶液的吸光度。　　对使用过干燥的LaFeO3、SrFeO3和酸性红3B染料分别进行红外光谱分析,以检验染料溶液的脱色是否因催化剂吸附所致。对催化降解前后的酸性红3B溶液进行紫外光谱分析,以确定染料分子是否被降解。2　结果与讨论

　　理学2038型X—射线衍射仪,岛津UV—

VIS365型紫外分光光度计,SHIMDOIR—408型红外分光光度计,HY—2调速多用振荡器,721型分光光度计。

[基金项目]国家自然科学基金资助项目,批准号59772019

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试验研究　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　工业水处理2000-12,20(12)211　LaFeO3和SrFeO3的表征

表1　染料在LaFeO3和SrFeO3体系

中的降解脱色率

染

　料

酸性红3B

吸光度A脱色率D

弱酸性兰吸光度A脱色率D

活性橙Ⅱ

吸光度A脱色率D吸光度A

活性黄X/6G

脱色率D

4517

5618

010810152201148

　　化合物ABO3组成钙钛矿型结构的条件为:γAγγ+γ,A、O=t(B+γO),其中t为容忍因子γB和γB和O的离子半径,当容忍因子t=O分别为A、

017～1时,化合物具有稳定的钙钛矿结构。通过计

染料原液无催化剂LaFeO3

01256

01256001148001522001081

01104591401055621801410211501044

SrFeO30104184100100696100105901401035

算可以得出LaFeO3和SrFeO3的t分别为0184和0189,理论上讲LaFeO3和SrFeO3均可形成钙钛矿

型结构。对制备的LaFeO3和SrFeO3进行X射线衍射分析(见图1),计算其晶格参数d值并与标准卡理论值(LaFeO3卡号:37—1493,SrFeO3卡号:34—641)相比较,基本吻合,表明已制得较纯的钙钛矿型LaFeO3和SrFeO3。

a1染料原液;b1脱色后溶液

图2　酸性红3B溶液的紫外—可见光吸收光谱为起催化作用的是具有d电子的B位过渡金属离

子,A位离子只起稳定钙钛矿结构和调节B位离子价态的作用。但从表1可以看出,各种染料在Sr2FeO3体系中的降解脱色率明显高于LaFeO3,即Sr2

212　染料溶液的催化降解

FeO3的催化降解活性高于LaFeO3。SrFeO3与LaFeO3的B位离子相同,差别在A位,可见A位离

图1　LaFeO3和SrFeO3的X射线衍射谱

　　表1列出不同染料溶液在LaFeO3和SrFeO3悬浮体系中的脱色率。由表1可以看出,各种染料溶液在LaFeO3和SrFeO3体系中均发生不同程度的降解脱色,且在SrFeO3体系中的脱色率均明显高于LaFeO3体系,表明SrFeO3的催化活性大于LaFeO3。

子的改变也会影响到ABO3

的催化性能。这主要是

A位离子改变了B位离子的价态和电子结构。在LaFeO3中,La的价态为+3,Fe的价态也为+3,Fe3+离子的价电子构型为3d5(t2g3eg2),在半充满状

态。根据Hund规则,电子半充满或全充满状态时其能量较低,即Fe3+较稳定,因而LaFeO3催化活性较低。而在SrFeO3中,Sr的价态为+2,此时Fe的价态应为+4,Fe4+离子的价电子构型为3d4(t2g3eg1),很不稳定,在高温灼烧形成钙钛矿结构的过程中容易发生电子传递,形成3d电子达半充满的

4〕

Fe3+〔,为维持晶体整体的电中性,晶体中会产生大量的氧空位。实验已证实,SrFeO3为非化学计量复合氧化物SrFeO2175,而LaFeO3基本上代表了它

5〕

的真实结构〔。

　　对催化降解脱色前后的染料酸性红3B溶液进

行紫外光谱分析(见图2),发现脱色后的溶液原来在可见光区和紫外光区的强吸收峰已基本消失,证明染料分子在催化剂存在下,确实发生了降解反应。将使用过的LaFeO3和SrFeO3进行红外光谱分析,并与酸性红3B染料的红外谱图对比,催化剂的红外谱图中没有染料的吸收峰,表明催化剂表面无染料吸附,即染料溶液的脱色并非吸附所致,而是催化降解之故。

213　LaFeO3和SrFeO3的催化性能

(下转第25页)

　　对钙钛矿型ABO3复合氧化物催化剂,一般认—16

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工业水处理2000-12,20(12)　　　　　　　　　　HSB

微生物技术在有机助剂废水处理中的应用研究影响因素降低或一定时间的适应,系统可恢复正常。4　结论　　传统生化法对处理浓度高、难分解的有机底物存在很大的局 …… 此处隐藏：4472字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……