可見光響應的複合氧化物光催化劑LiBa_3-xSr_xTi₅Nb₃O₂₁及製備方法

2023-12-05 22:30:01 2

專利名稱：可見光響應的複合氧化物光催化劑LiBa3-xSrxTi5Nb3O21及製備方法
技術領域：
本發明涉及一種可見光響應的複合氧化物光催化劑LiBiVxSrxTi5Nb3O21 (0 ^ χ ^ 3) 及其製備方法，屬於無機光催化材料領域。
背景技術：
隨著社會經濟的發展，人們對於能源和生態環境越來越關注，解決能源短缺和環境汙染問題是實現可持續發展、提高人民生活質量和保障國家安全的迫切需要。從20世紀70年代末期，人們提出了利用光催化劑分解水中和大氣中的農藥以及惡臭物質等有機物，以及塗有光催化劑的固體表面的自我清潔等應用實例。光催化反應的原理是光催化劑在吸收了高於其帶隙能量的光子後，生成了空穴和電子，這些空穴和電子分別進行氧化反應和還原反應，達到分解有害化學物質、有機生物質和殺菌的目的。光催化劑有許多種，其中最有代表性的是二氧化鈦(TiO2),已經利用二氧化鈦對水中和大氣中的農藥和惡臭物質等有機物進行分解，然而二氧化鈦的帶隙是3. 2eV,只有在比400nm短的紫外線的照射下才能顯現出活性，只能在室內或者有紫外燈的地方工作，幾乎不能利用可見光，這大大的限制了二氧化鈦光催化劑的使用。考慮到光催化劑在分解有害物質中的實用性，利用太陽光作為光源是不可缺少的。照射向地表的太陽光中波長在500nm附近可見光的強度最大，波長為400nm-750nm的可見光區的能量大約是太陽光總能量的43%，所以為了高效的利用太陽光譜，尋找具有可見光響應的光催化劑引起了人們的重視。光催化材料在解決能源和環境問題方面有重要的應用前景。近些年來，光催化劑已引起世界各國科學家的關注，許多著名研究機構和企業相繼投入巨資從事光催化劑機理和應用的研究，光催化劑在抗菌、脫臭、防汙和水處理等許多領域已開始進入推廣應用階段。一些科學家認為，由於光催化劑有良好的環境淨化作用，隨著各國研究工作的深入，這種新材料將成為21世紀最有希望的新興材料產品之一。雖然光催化研究已進行了若干年，但目前報導的具有可見光響應的光催化劑種類仍很有限，仍存在著光轉換效率低、穩定性差和光譜相應範圍窄等問題，所以研究和開發新的具有可見光響應的高效光催化劑是非常必要。

發明內容
本發明的目的是提供一種具有可見光響應的複合氧化物光催化劑以及其製備方法。本發明提供的一種具有可見光響應的複合氧化物光催化劑，其特徵在於所述複合氧化物光催化劑的化學組成通式為=LiBi^xSrxTi5Nb3O21，0 < χ SrCO3> Nb2O5 和 TiO2,按LiBa3^xSrxTi5Nb3O21化學式稱量配料，其中0彡χ彡3 ；2)將步驟(1)配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨 12h，混合磨細，取出烘乾，過200目篩；3)將步驟⑵混合均勻的粉料在1000-1150°C預燒，並保溫8_10h，自然冷卻至室溫，然後通過球磨機等粉碎手段使粒子直徑變小，低於2 μ m，即可得到複合氧化物光催化劑 LiBa3^xSrxTi5Nb3O21 粉末。本發明製備方法簡單、成本低，製備的光催化劑具有優良的催化性能，在可見光照射下具有分解有害化學物質、有機生物質和殺菌的作用。
具體實施例方式下面將對本發明進行具體說明1、為了得到本發明中所使用的複合氧化物，首先使用固相合成法製備粉末，即把作為原料的各種氧化物或碳酸鹽按照目標組成化學計量比進行混合，再在常壓下於空氣氣氛中合成。2、為了能夠有效利用光，本發明中的光催化劑的尺寸最好在微米級別，甚至是納米粒子，且比表面積較大。用固相合成法製備的氧化物粉末，其粒子較大而表面積較小，但是可以通過球磨機等粉碎手段使粒子直徑變小。3、本發明的光催化實驗以甲基橙作為模擬有機汙染物，其濃度為20mg/L ；鉍系複合氧化物光催化劑的加入量為lg/L ；光源使用300W的氙燈，反應槽使用硼矽酸玻璃製成的器皿，通過濾波器得到波長大於420nm長波長的光，然後照射光催化劑；催化時間設定為 120mino實施例1 1)將 99. 9%分析純的化學原料 Li2C03、BaCO3> Nb2O5, TiO2,按 LiBa3Ti5Nb3O21 化學式稱量配料；2)將配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨12h，混合磨細，取出烘乾，過200目篩；3)上述混合均勻的粉料在1000°C預燒，並保溫8h，自然冷卻至室溫，然後通過球磨機等粉碎手段使粒子直徑變小，低於2 μ m,即可得到複合氧化物光催化劑LiBa3Ti5Nb3O21 粉末。所製備的光催化劑，在波長大於420nm的可見光照射下，120min對甲基橙去除率達到97. 9%。實施例2 1)將 99. 9%分析純的化學原料 Li2C03、SrCO3> Nb2O5, TiO2,按 LiSr3Ti5Nb3O21 化學式稱量配料；2)將配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨12h，混合磨細，取出烘乾，過200目篩；3)上述混合均勻的粉料在1150°C預燒，並保溫10h，自然冷卻至室溫，然後通過球磨機等粉碎手段使粒子直徑變小，低於2 μ m，即可得到複合氧化物光催化劑LiSr3Ti5Nb3O21 粉末。
所製備的光催化劑，在波長大於420nm的可見光照射下，120min對甲基橙去除率達到98. 8%。實施例3 1)將 99. 9 % 分析純的化學原料 Li2C03、BaCO3> SrCO3> Nb2O5, TiO2,按 LiBa2SrTi5Nb3O21化學式稱量配料；2)將配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨12h，混合磨細，取出烘乾，過200目篩；3)上述混合均勻的粉料在1050°C預燒，並保溫9h，自然冷卻至室溫，然後通過球磨機等粉碎手段使粒子直徑變小，低於2 μ m，即可得到複合氧化物光催化劑 LiBa2SrTi5Nb3O21 粉末。所製備的光催化劑，在波長大於420nm的可見光照射下，120min對甲基橙去除率達到97. 8%。實施例4 1)將 99. 9 % 分析純的化學原料 Li2C03、BaCO3> SrCO3> Nb2O5, TiO2,按 LiBaSr2Ti5Nb3O21化學式稱量配料；2)將配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨12h，混合磨細，取出烘乾，過200目篩；3)上述混合均勻的粉料在1100°C預燒，並保溫9h，自然冷卻至室溫，然後通過球磨機等粉碎手段使粒子直徑變小，低於2 μ m，即可得到複合氧化物光催化劑 LiBaSr2Ti5Nb3O21 粉末。所製備的光催化劑，在波長大於420nm的可見光照射下，120min對甲基橙去除率達到99. 5%。實施例5 1)將 99. 9 % 分析純的化學原料 Li2C03、BaCO3> SrCO3> Nb2O5, TiO2,按 LiBa1.5SrL Ji5Nb3O21化學式稱量配料；2)將配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨12h，混合磨細，取出烘乾，過200目篩；3)上述混合均勻的粉料在1080°C預燒，並保溫9h，自然冷卻至室溫，然後通過球磨機等粉碎手段使粒子直徑變小，低於2 μ m，即可得到複合氧化物光催化劑 LiBa1Jr1. Ji5Nb3O21 粉末。所製備的光催化劑，在波長大於420nm的可見光照射下，120min對甲基橙去除率達到98. 7%。本發明決不限於以上實施例。具有與Nb相似結構與化學性質的元素如Ta，V，Sb 等也可以做出與本發明類似晶體結構與性能的光催化劑。各原料的上下限、區間取值，以及工藝參數(如溫度、時間等)的上下限、區間取值都能實現本發明，在此不一一列舉實施例。以上發明實施例所制的光催化劑粉末可負載於多種基體表面上。基體可以是玻璃、陶瓷、活性炭、石英砂等，光催化劑可以以薄膜的形式負載於基體表面。
權利要求
1.一種複合氧化物在可見光響應的光催化中的應用，其特徵在於所述複合氧化物的化學組成通式為LiBii3_xSrxTi5Nb3021，其中0彡χ彡3。
2.根據權利要求1所述的複合氧化物的製備方法，其特徵在於步驟為1)將99.9%分析純的化學原料Li2C03、BaC03、SrC03、Nb205和 TiO2，按 LiBa3_xSrxTi5Nb3021 化學式稱量配料，其中0 < χ < 3 ；2)將步驟(1)配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨12h，混合磨細，取出烘乾，過200目篩；3)將步驟(2)混合均勻的粉料在1000-1150°C預燒，並保溫8-10h，自然冷卻至室溫，然後通過球磨機粉碎手段使粒子直徑變小，低於2 μ m，即可得到複合氧化物光催化劑 LiBa3^xSrxTi5Nb3O21 粉末。
全文摘要
本發明公開了可見光響應的複合氧化物光催化劑及製備方法。該複合氧化物的化學組成通式為LiBa3-xSrxTi5Nb3O21，0≤x≤3。將99.9％分析純的化學原料Li2CO3、BaCO3、SrCO3、Nb2O5和TiO2，按LiBa3-xSrxTi5Nb3O21化學式稱量配料，其中0≤x≤3；將配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨12h，混合磨細，取出烘乾，過200目篩；將混合均勻的粉料在1000-1150℃預燒，並保溫8-10h，自然冷卻至室溫，然後通過球磨機等粉碎手段使粒子直徑變小，低於2μm，即可得到複合氧化物光催化劑LiBa3-xSrxTi5Nb3O21粉末。本發明製備方法簡單、成本低，製備的光催化劑具有優良的催化性能，在可見光照射下具有分解有害化學物質的作用，且穩定性好，具有良好的應用前景。
文檔編號B01J23/20GK102211021SQ20111007498
公開日2011年10月12日 申請日期2011年3月25日 優先權日2011年3月25日
發明者廖維, 方亮, 李芸華, 胡長徵, 蘇聰學 申請人:桂林理工大學