一種新型高活性硼酸銦光催化劑的製作方法

2023-05-22 14:11:31

專利名稱：一種新型高活性硼酸銦光催化劑的製作方法
一種新型高活性硼酸銦光催化劑
技術領域：
本發明發現和研製出一種「新型高活性硼酸銦光催化劑」，該催化劑具有優異的光 催化性能，其光催化效率遠超過純Ti02。本發明屬於光催化技術領域，主要應用於環境淨化領 域，為利用光催化技術降解水和大氣中的汙染物提供了一種新型高活性硼酸銦光催化劑。
背景技術：
當今世界能源危機和環境惡化迫使人們尋找更清潔、可再生的新能源和治理環境 的新方法。近年來，對光催化材料的研究已經取得很大進展。Fujishima和Honda在1972 年發現二氧化鈦(Ti02)電極在近紫外光的作用下能使水在常溫下分解產生氫氣和氧氣，開 創了半導體多相光催化的研究。與其他催化劑相比，Ti02具有穩定性較好和光催化效率相 對較高的特點，但是對於降解大氣和水中汙染物，Ti02的光催化效率尚未達到實際應用的 要求，仍然存在著光催化效率較低和環境淨化功效差等問題。硼酸銦(InB03)是一種性能優異的寬禁帶半導體，禁帶寬度為3. 26eV,由於其良 好的物理和化學特性而被廣泛研究和應用。摻雜稀土元素的硼酸銦具有很好的螢光特性， 如Eu3+摻雜InB03在陰極射線和紫外線激發下發射出紅色的螢光，衰減時間10ms，主要用 於電視機顯像管；Tb3+摻雜1他03在陰極射線和紫外線激發下發黃綠色螢光，發光主峰波長 550nm，衰減時間(10% ) 15ms，主要用作單色顯示管，如計算機終端顯示器。相關專利如陰 極射線管(申請號85102041，荷蘭菲利浦光燈製造公司)；具有發光的原硼酸銦的陰極射 線管(申請號86100953，已授權，荷蘭菲利浦光燈製造公司)。同時InB03也是一種光催化劑，在環境淨化領域具有廣泛的應用前景。但是，目前 InB03在光催化降解大氣和水中汙染物的研究工作尚未見報導。本發明在光催化降解大氣 和水中汙染物的研究中發現，InB03具有優異的光催化性能，並研製出「新型高活性硼酸銦 光催化劑」。該催化劑為六方晶系，具有分散性好、穩定性強、光催化活性高等特點，其光催 化效率已超過純Ti02，該研究成果將為設計、製備新型高效光催化劑及其在環境淨化領域 的應用開闢新的方向。

發明內容本發明以銦鹽、含硼化合物和鹼性化合物為前驅體，添加稀釋劑，採用共沉澱法 製備高活性硼酸銦光催化劑。本發明的優點在於發現和研製出一種「新型高活性硼酸銦 光催化劑」，該催化劑分散性好，穩定性強，具有優異的光催化性能，其光催化效率遠超過純 Ti02。這是由於硼酸銦的禁帶寬度為3. 26eV，可以有效利用紫外光降解有機汙染物分子，表 明硼酸銦光催化劑在降解有機物汙染等環境淨化方面具有顯著功效，將為設計、製備新型 高效光催化劑及其在環境淨化領域的應用開闢新的方向。

圖1實施例1、2、3的X射線衍射圖譜；
圖2實施例1、2、3的紫外光催化降解對氯苯酚曲線(與無光催化劑、純TiO2比 較)°以下結合具體實施例和附圖對本發明做進一步描述，並具體說明本發明的光催化 效果。
具體實施方式
本發明的具體製備方法如下①在常溫下，將一定量的銦鹽溶液加入稀釋劑，攪拌 15分鐘；稀釋劑與銦鹽溶液的體積比為2 1-10 1 ；②將一定量的含硼化合物加入上述 反應體系，充分攪拌15分鐘使其完全溶解；銦鹽與含硼化合物的摩爾比為1 5-1 1 ； ③向體系加入一定量的鹼性化合物溶液，銦鹽與鹼性化合物的摩爾比為1 15-1 3； 在室溫下劇烈攪拌2-8小時，得到白色沉澱物，室溫下靜置1-5天；④將該沉澱物經 700C -120°C烘乾，研磨成粉末，在空氣氣氛中400°C -1100°C煅燒2. 0—5. 0小時；⑤用高 純水洗滌3-5次，經70°C -12(TC烘乾後再次研磨，即製得高活性硼酸銦光催化劑。以上製備過程中，所述銦鹽可以是氯化銦、硝酸銦或醋酸銦中的任何一種。所述含硼化合物可以為硼酸、硼砂、硼酸鈉、硼酸鉀、硼酸銨、偏硼酸、偏硼酸鈉、 偏硼酸鉀、四硼酸、四硼酸鈉或四硼酸鉀中的任何一種。所述鹼性化合物可以是氫氧化鈉、氫氧化鉀或氨水中的任何一種。所述稀釋劑可以是高純水、甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、乙二醇、四丁醇中的任何一 種或幾種混合；優選高純水和無水乙醇。光催化活性的評價方法以400W的Philips HPA 400/30S燈作為外照光源，輻射 波長為λ > 320nm ；催化劑用量為IOmg ；反應器距光源15cm ；40mL濃度為50Χ1(Γ6πιΟ1/ L的對氯苯酚溶液作為目標降解物；對氯苯酚溶液內通O2量為6mL/min ；磁力攪拌保持體 系中溶液濃度和溫度平衡，風扇風冷保持反應溫度在[(25士2) 0C ]；每隔15min取1. 5mL 反應液離心分離，取上層清液，以4一氨基氨替吡啉作為顯色劑，用紫外一可見分光光度計 (UV-16PC，島津公司)測定對氯苯酚溶液濃度，標定催化劑的光催化活性。為更好的理解本發明，下面結合實施例對本發明作進一步地詳細說明，但是本發 明要求保護的範圍並不局限於實施例所表示的範圍。實施例1在常溫下，量取50mL高純水置於磁力攪拌器上攪拌，加入5mL氯化銦溶液 (5X10_3mOl)，攪拌15分鐘；將720mg硼酸(1. 16 XlO^mol)加入體系，充分攪拌15分鐘使 其完全溶解；加入3mL濃度為25%的氨水(4X10_2mol)；在室溫下劇烈攪拌4小時，得到白 色沉澱物，室溫下靜置1天；將該沉澱物放置在烘箱中100°C烘10小時以蒸發溶劑，用瑪瑙 研缽研磨成粉末，放入坩堝在馬弗爐450°C空氣氣氛中煅燒2. 5小時；用高純水洗滌3次， 經100°C烘乾後再次研磨，即得到高活性硼酸銦光催化劑Y1。該催化劑中，InBO3大量結晶 並呈六方晶系，平均粒徑為16. 2nm,比表面積為4. 8m2/g。用上述光催化活性評價方法，在 紫外光激發下，1小時後對氯苯酚的降解率為72%。實施例2在常溫下，量取50mL高純水置於磁力攪拌器上攪拌，加入5mL氯化銦溶液 (5X10_3mOl)，攪拌15分鐘；將720mg硼酸(1. 16 XlO^mol)加入體系，充分攪拌15分鐘使其完全溶解；加入15mL氫氧化鈉溶液(lmol/L)；在室溫下劇烈攪拌4小時，得到白色沉澱 物，室溫下靜置1天；將該沉澱物放置在烘箱中100°C烘10小時以蒸發溶劑，用瑪瑙研缽研 磨成粉末，放入坩堝在馬弗爐650°C空氣氣氛中煅燒2. 5小時；用高純水洗滌3次，經100°C 烘乾後再次研磨，即得到高活性硼酸銦光催化劑Y2。該催化劑中，InBO3大量結晶並呈六方 晶系，平均粒徑為47. 3nm,比表面積為3. 9m2/g。用上述光催化活性評價方法，在紫外光激 發下，1小時後對氯苯酚的降解率為67. 3%。實施例3 在常溫下，量取50mL高純水置於磁力攪拌器上攪拌，加入5mL氯化銦溶液 (5X10_3mOl)，攪拌15分鐘；將720mg硼酸(1. 16 XlO^mol)加入體系，充分攪拌15分鐘使 其完全溶解；加入15mL氫氧化鈉溶液(lmol/L)；在室溫下劇烈攪拌4小時，得到白色沉澱 物，室溫下靜置1天；將該沉澱物放置在烘箱中100°C烘10小時以蒸發溶劑，用瑪瑙研缽研 磨成粉末，放入坩堝在馬弗爐80(TC空氣氣氛中煅燒2. 5小時；用高純水洗滌3次，經100°C 烘乾後再次研磨，即得到高活性硼酸銦光催化劑Y3。該催化劑中，InBO3高度結晶並呈六方 晶系，平均粒徑為52. 8nm,比表面積為1. 0m2/g。用上述光催化活性評價方法，在紫外光激 發下，1小時後對氯苯酚的降解率為96%。而同比條件下，純TiO2對對氯苯酚的降解率為 66%。這表明InBO3光催化劑與純TiO2相比，隨著InBO3煅燒溫度的增加，有機汙染物分子 被高效降解，大幅提高了 InBO3光催化劑的紫外光催化效率(比純TiO2的紫外光催化效率 提高了近0.5倍)。對比例1為進行活性對比，在實施過程中製備了一個對比樣品純二氧化鈦(TiO2-Pure)。在 常溫下，量取40mL無水乙醇置於磁力攪拌器上攪拌；依次加入ImL鹽酸(分析純)和ImL 高純水並充分攪拌；緩慢滴入12mL濃度為98%的鈦酸四丁酯(3. 46X 10_2mol)，劇烈攪拌 4小時，室溫下靜置陳化1天，得到凝膠；將該凝膠放置在烘箱中100°C烘10小時以蒸發溶 齊U，用瑪瑙研缽研磨成粉末，放入坩堝在馬弗爐450°C空氣氣氛中煅燒2. 5小時，即得到納 米級的純TiO2光催化劑。該催化劑中，TiO2為銳鈦礦相，其比表面積為63. 8m2/g。用上述 光催化活性評價方法，在紫外光激發下，1小時後降解率為66%。
權利要求
本發明發現和研製出一種「新型高活性硼酸銦光催化劑」，其化學式為InBO3，其特徵在於以銦鹽、含硼化合物和鹼性化合物為前驅體、添加稀釋劑、採用共沉澱法製備的高活性硼酸銦光催化劑為六方晶系，具有分散性好、穩定性強、光催化活性高等特點，其光催化效率已超過純TiO2。
2.根據權利要求1所述的高活性硼酸銦光催化劑，其特徵在於所述銦鹽可以是氯化 銦、硝酸銦或醋酸銦中的任何一種。
3.根據權利要求1所述的高活性硼酸銦光催化劑，其特徵在於所述含硼化合物可以 是硼酸、硼砂、硼酸鈉、硼酸鉀、硼酸銨、偏硼酸、偏硼酸鈉、偏硼酸鉀、四硼酸、四硼酸鈉或四 硼酸鉀中的任何一種。
4.根據權利要求1所述的高活性硼酸銦光催化劑，其特徵在於所述鹼性化合物可以 是氫氧化鈉、氫氧化鉀或氨水中的任何一種。
5.根據權利要求1所述的高活性硼酸銦光催化劑，其特徵在於所述稀釋劑可以是高 純水、甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、乙二醇、四丁醇中的任何一種或幾種混合；優選高純水和無 水乙醇。
全文摘要
本發明發現和研製出一種「新型高活性硼酸銦光催化劑」，其化學式為InBO3。以銦鹽、含硼化合物和鹼性化合物為前驅體、添加稀釋劑、採用共沉澱法製備的高活性硼酸銦光催化劑為六方晶系，具有分散性好、穩定性強、光催化活性高等特點，其光催化效率遠超過純TiO2。該研究成果將為設計、製備新型高效光催化劑及其在環境淨化領域的應用開闢新的方向。
文檔編號B01J23/08GK101856611SQ20101019637
公開日2010年10月13日 申請日期2010年6月10日 優先權日2010年6月10日
發明者曹亞安, 王恩君, 袁繼翔 申請人:南開大學