專利名稱：可見(jiàn)光響應(yīng)的復(fù)合氧化物光催化劑Li₈Ti₅Nb_4-xTa_xO₂₄及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可見(jiàn)光響應(yīng)的復(fù)合氧化物光催化劑Li8Ti5Nb4—xTax024及其制備方 法，屬于無(wú)機(jī)光催化材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
環(huán)境污染是世界各國(guó)十分關(guān)注的問(wèn)題，已經(jīng)導(dǎo)致了人們生活的飲用水源、工業(yè)水 源質(zhì)量不斷下降，導(dǎo)致大氣污染不斷加劇，造成生態(tài)環(huán)境的不斷破壞，對(duì)人類的生存構(gòu)成嚴(yán) 重威脅。為了解決這些問(wèn)題，人們通過(guò)各種方法控制和治理環(huán)境污染。 從20世紀(jì)70年代末期，人們提出了利用光催化技術(shù)分解水中和大氣中的農(nóng)藥以 及惡臭物質(zhì)等有機(jī)物。光催化反應(yīng)的原理是光催化劑在吸收了高于其帶隙能量的光子后， 生成了空穴和電子，這些空穴和電子分別進(jìn)行氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，達(dá)到分解有害化學(xué)物 質(zhì)、有機(jī)生物質(zhì)和殺菌的目的。光催化技術(shù)降解環(huán)境污染物有望充分利用太陽(yáng)能，而且這種 方法具有能耗低，反應(yīng)條件溫和，操作方便，可減少二次污染等突出優(yōu)點(diǎn)，日益受到重視，具 有廣闊的應(yīng)用前景。 近些年來(lái)，光催化劑的開(kāi)發(fā)和利用已經(jīng)成為環(huán)境和能演領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。其 中，Ti02因其的高效、廉價(jià)、無(wú)毒、化學(xué)穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性好等特性而被廣泛研究，已經(jīng)利用 二氧化鈦對(duì)水中和大氣中的農(nóng)藥和惡臭物質(zhì)等有機(jī)物進(jìn)行分解。然而二氧化鈦的帶隙為 3. 2eV，對(duì)應(yīng)的激發(fā)波長(zhǎng)為387nm，只能吸收波長(zhǎng)《400nm的紫外線。射入地表的太陽(yáng)光，以 可見(jiàn)光區(qū)所占的能量比例最大—43%，而紫外光所占太陽(yáng)光能量則不足5%，這大大限制了 Ti02的應(yīng)用。 為了在光催化反應(yīng)中更有效的利用可見(jiàn)光，提高降解效率，國(guó)內(nèi)外的科研工作者 進(jìn)行了大量研究，開(kāi)發(fā)出一系列新型可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑。其中，鉍系復(fù)合氧化物光催 化劑如BiV04和Bi,Oe，在可見(jiàn)光下具有良好的催化活性；f丐鈦礦型或?qū)訝頵丐鈦礦型氧化物 具有較高的光催化活性，層狀鈣鈦礦型氧化物K4Nb017， A4TaxNb6—X017(A = K， Rb)等光量子效 率可達(dá)5-10%， Ni0作共催化劑的f丐鈦礦型氧化物光催化劑NaTa03光量子效率達(dá)28%， ly^Ti(V甚至可達(dá)30X。目前報(bào)道的具有可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑種類仍很有限，所以研究 和開(kāi)發(fā)新的具有可見(jiàn)光響應(yīng)的高效光催化劑是非常必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有可見(jiàn)光響應(yīng)的復(fù)合氧化物光催化劑以及其制備方 法。 本發(fā)明提供的一種具有可見(jiàn)光響應(yīng)的復(fù)合氧化物光催化劑，其特征在于所述復(fù)合 氧化物光催化劑的化學(xué)組成式為L(zhǎng)i8Ti5Nb4—;^024，其中0《x《4。 上述可見(jiàn)光響應(yīng)的復(fù)合氧化物光催化劑的制備方法，其特征在于，按以下步驟進(jìn) 行
1)將99. 9%分析純的化學(xué)原料Li2C03、Ti02、Nb205和Ta205，按Li8Ti5Nb4—xTax024化 學(xué)式稱量配料； 2)將配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無(wú)水乙醇，球磨12h，混合 磨細(xì)，取出烘干，過(guò)200目篩； 3)將步驟(2)所得粉料在900-105(TC預(yù)燒，并保溫8-10h，自然冷卻至室溫，然 后通過(guò)球磨機(jī)等粉碎手段使粒子直徑變小，達(dá)到2 m左右，即可得到復(fù)合氧化物光催化劑 Li8Ti5Nb4—xTax024粉末。 本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單、成本低，制備的光催化劑具有優(yōu)良的催化性能，在可見(jiàn)光照 射下具有分解有害化學(xué)物質(zhì)、有機(jī)生物質(zhì)和殺菌的作用。
具體實(shí)施例方式下面將對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體說(shuō)明 1、為了得到本發(fā)明中所使用的復(fù)合氧化物，首先使用固相合成法制備粉末，即把 作為原料的各種氧化物或碳酸鹽按照目標(biāo)組成化學(xué)計(jì)量比進(jìn)行混合，再在常壓下于空氣氣 氛中合成。 2、為了能夠有效利用光，本發(fā)明中的光催化劑的尺寸最好在微米級(jí)別，甚至是納 米粒子，且比表面積較大。用固相合成法制備的氧化物粉末，其粒子較大而表面積較小，但 是可以通過(guò)球磨機(jī)等粉碎手段使粒子直徑變小。 3、本發(fā)明的光催化實(shí)驗(yàn)以甲基橙作為模擬有機(jī)污染物，其濃度為20mg/L;復(fù)合 氧化物光催化劑的加入量為lg/L ;光源使用300W的氙燈，反應(yīng)槽使用硼硅酸玻璃制成的 器皿，通過(guò)濾波器得到波長(zhǎng)大于420nm長(zhǎng)波長(zhǎng)的光，然后照射光催化劑；催化時(shí)間設(shè)定為 120min。 實(shí)施例 下面以具體的實(shí)際操作范例為基礎(chǔ)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例1 : 1)將99. 9%分析純的化學(xué)原料Li2C03、 Ti02和Nb205，按Li8Ti5Nb4024化學(xué)式稱量 配料。 2)將配好的化學(xué)原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無(wú)水乙醇，球磨12h， 混合磨細(xì)，取出烘干，過(guò)200目篩。 3)將步驟(2)所得粉料在90(TC預(yù)燒，并保溫10h，自然冷卻至室溫，然后通過(guò)球磨 機(jī)粉碎使粒子直徑變小，達(dá)到2 ii m左右，即可得到復(fù)合氧化物光催化劑Li8Ti5Nb4024粉末。
所制備的光催化劑，在波長(zhǎng)大于420nm的可見(jiàn)光照射下，120min對(duì)甲基橙去除率 達(dá)到99. 2% 。
實(shí)施例2 : 1)將99. 9%分析純的化學(xué)原料Li2C03、Ti02、Nb205和Ta205，按Li8Ti5Nb3Ta024化學(xué) 式稱量配料。 2)將配好的化學(xué)原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無(wú)水乙醇，球磨12h， 混合磨細(xì)，取出烘干，過(guò)200目篩。 3)將步驟(2)所得粉料在94(TC預(yù)燒，并保溫10h，自然冷卻至室溫，然后通過(guò)球磨機(jī)粉碎使粒子直徑變小，達(dá)到2 m左右，即可得到復(fù)合氧化物光催化劑Li8Ti5Nb3Ta024粉 末。 所制備的光催化劑，在波長(zhǎng)大于420nm的可見(jiàn)光照射下，120min對(duì)甲基橙去除率 達(dá)到98. 5%。
實(shí)施例3 : 1)將99. 9%分析純的化學(xué)原料Li2C03、 Ti02、 Nb205和Ta205，按Li8Ti5Nb2Ta2024化 學(xué)式稱量配料。 2)將配好的化學(xué)原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無(wú)水乙醇，球磨12h， 混合磨細(xì)，取出烘干，過(guò)200目篩。 3)將步驟(2)所得粉料在98(TC預(yù)燒，并保溫9h，自然冷卻至室溫，然后通過(guò)球磨 機(jī)粉碎使粒子直徑變小，達(dá)到2 m左右，即可得到復(fù)合氧化物光催化劑Li8Ti5Nb2Ta2024粉 末。 所制備的光催化劑，在波長(zhǎng)大于420nm的可見(jiàn)光照射下，120min對(duì)甲基橙去除率 達(dá)到97. 8%。
實(shí)施例4 : 1)將99. 9%分析純的化學(xué)原料Li2C03、 Ti02、 Nb205和Ta 205，按Li8Ti5NbTa3024化 學(xué)式稱量配料。 2)將配好的化學(xué)原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無(wú)水乙醇，球磨12h， 混合磨細(xì)，取出烘干，過(guò)200目篩。 3)將步驟(2)所得粉料在102(TC預(yù)燒，并保溫8h，自然冷卻至室溫，然后通過(guò)球 磨機(jī)粉碎使粒子直徑變小，達(dá)到2 m左右，即可得到復(fù)合氧化物光催化劑Li8Ti5NbTa3024粉 末。 所制備的光催化劑，在波長(zhǎng)大于420nm的可見(jiàn)光照射下，120min對(duì)甲基橙去除率 達(dá)到97. 2%。
實(shí)施例5 : 1)將99. 9%分析純的化學(xué)原料Li2C03、 Ti02和Ta205，按Li8Ti5Ta4024化學(xué)式稱量 配料。 2)將配好的化學(xué)原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無(wú)水乙醇，球磨12h， 混合磨細(xì)，取出烘干，過(guò)200目篩。 3)將步驟(2)所得粉料在105(TC預(yù)燒，并保溫8h，自然冷卻至室溫，然后通過(guò)球磨 機(jī)粉碎使粒子直徑變小，達(dá)到2 m左右，即可得到復(fù)合氧化物光催化劑Li8Ti5Ta4024粉末。
所制備的光催化劑，在波長(zhǎng)大于420nm的可見(jiàn)光照射下，120min對(duì)甲基橙去除率 達(dá)到97. 5%。 本發(fā)明決不限于以上實(shí)施例。具有與Nb， Ta相似結(jié)構(gòu)與化學(xué)性質(zhì)的元素如V、 Sb 等也可以做出與本發(fā)明類似晶體結(jié)構(gòu)與性能的光催化劑。各原料的工藝參數(shù)(如溫度、時(shí) 間等)的上下限、區(qū)間取值都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，在此不一一列舉實(shí)施例。 以上發(fā)明實(shí)施例所制的光催化劑粉末可負(fù)載于多種基體表面上?；w可以是玻 璃、陶瓷、活性炭、石英砂等，光催化劑可以以薄膜的形式負(fù)載于基體表面。
權(quán)利要求
一種具有可見(jiàn)光響應(yīng)的復(fù)合氧化物光催化劑，其特征在于所述復(fù)合氧化物光催化劑的化學(xué)組成式為L(zhǎng)i8Ti5Nb4-xTaxO24，其中0≤x≤4。
2. 如權(quán)利要求1所述的可見(jiàn)光響應(yīng)的復(fù)合氧化物光催化劑的制備方法，其特征在于具 體步驟為1) 將99. 9%分析純的化學(xué)原料Li2C03、Ti02、Nb205和Ta205，按Li8Ti5Nb4—xTax024化學(xué)式 稱量配料；2) 將配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無(wú)水乙醇，球磨12h，混合磨細(xì)， 取出烘干，過(guò)200目篩；3) 將步驟(2)所得粉料在900-105(TC預(yù)燒，并保溫8-10h，自然冷卻至室溫，然后粉碎 使粒子直徑變小，達(dá)到2 m左右，即可得到復(fù)合氧化物光催化劑Li8Ti5Nb4—xTax024粉末。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種可見(jiàn)光響應(yīng)的復(fù)合氧化物光催化劑Li8Ti5Nb4-xTaxO24及制備方法。1)將99.9％分析純的化學(xué)原料Li2CO3、TiO2、Nb2O5和Ta2O5，按Li8Ti5Nb4-xTaxO24化學(xué)式稱量配料；2)將配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無(wú)水乙醇，球磨12h，混合磨細(xì)，取出烘干，過(guò)200目篩；3)將步驟(2)所得粉料在900-1050℃預(yù)燒，并保溫8-10h，自然冷卻至室溫，然后粉碎使粒子直徑變小，達(dá)到2μm左右，即可得到復(fù)合氧化物光催化劑Li8Ti5Nb4-xTaxO24粉末。本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單、成本低，制備的光催化劑具有優(yōu)良的催化性能，在可見(jiàn)光照射下具有分解有害化學(xué)物質(zhì)、有機(jī)生物質(zhì)和殺菌的作用。
文檔編號(hào)B01J23/16GK101757904SQ201010045610
公開(kāi)日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2010年1月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月2日
發(fā)明者方亮, 李純純, 胡長(zhǎng)征, 蘇和平, 褚冬進(jìn) 申請(qǐng)人:桂林理工大學(xué)