專利名稱：孔道結(jié)構(gòu)鈮酸鹽光催化劑K₆MNb₁₅O₄₂及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可見光響應(yīng)的孔道結(jié)構(gòu)鈮酸鹽光催化劑K6MNb15042&其制備方法，屬于無(wú)機(jī)光催化材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)于能源和生態(tài)環(huán)境越來(lái)越關(guān)注，解決能源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、提高人民生活質(zhì)量和保障國(guó)家安全的迫切需要。1972年Fujishima發(fā)現(xiàn)了 TiO2半導(dǎo)體電極在紫外光照射下具有光解水的作用，由此引發(fā)了半導(dǎo)體光催化的研究熱潮。其主要領(lǐng)域包括:(I)以太陽(yáng)光能為能源，以空氣中的氧氣為氧化劑促使水和空氣中的有機(jī)污染物徹底分解成co2、h2o和其它無(wú)機(jī)鹽，是一種理想的污染物控制技術(shù)；(2)利用太陽(yáng)能將水分解為氫氣和氧氣等化學(xué)能，是氫能經(jīng)濟(jì)的重要組成部分；(3)將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。雖然TiO 2是一種極其優(yōu)秀的光催化齊U，但由于TiO2的禁帶寬度較大(3.2eV)，只有波長(zhǎng)等于或小于387 nm的紫外光才能激發(fā)TiO2產(chǎn)生導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴對(duì)從而引發(fā)光催化反應(yīng)。但實(shí)際到達(dá)地表的太陽(yáng)輻射能量的波長(zhǎng)范圍集中在46(T 500nm,紫外成分(300 400nm)不足5%，因此如何高效地利用太陽(yáng)光進(jìn)行光催化反應(yīng)，開發(fā)能被可見光激發(fā)的光催化劑正日益引起人們的興趣。為了擴(kuò)展Ti02的響應(yīng)波長(zhǎng)范圍以充分利用太陽(yáng)光，人們對(duì)其進(jìn)行了許多改性研究，包括金屬離子摻雜、非金屬離子摻雜、表面光敏化、耦合半導(dǎo)體及引入氧空位、離子注入等方法。一些科學(xué)工作者已研制出大量的新型多元金屬氧化物可見光催化劑，三價(jià)鉍的復(fù)合物如BiV04、Bi2MoO6, Bi2Mo2O9, Bi2Mo3O12和Bi2WO4被報(bào)道在可見光下具有良好的吸收。一系列鈮(鉭)酸鹽光催化劑由于具有較高的光催化活性而被廣泛研究。例如，燒綠石(pyrochlore)結(jié)構(gòu)型化合物Bi2MnNbO7(M = Al、Ga、In或稀土元素)、鶴猛鐵礦(wolframite)結(jié)構(gòu)型化合物 InMO4 (Μ = Nb 或Ta)、Stibotantalite Wolframite 結(jié)構(gòu)型化合物BiMO4 (M = Nb或Ta)等和鈮鉀復(fù)合氧化物光催化劑如層狀結(jié)構(gòu)的KNb03、KNb308、K4Nb6O17和孔道結(jié)構(gòu)的K6Nbia6O3tl等都具有較好的光催化性能。雖然光催化研究已進(jìn)行了若干年，但目前報(bào)道的具有可見光響應(yīng)的光催化劑種類仍很有限，仍存在著光轉(zhuǎn)換效率低、穩(wěn)定性差和光譜相應(yīng)范圍窄等問(wèn)題，所以研究和開發(fā)新的具有可見光響應(yīng)的高效光催化劑是非常必要。文獻(xiàn)[Bolin ffu, Congji Zha,Runzhang Yuan， Jie Yuan.The synthesis and crystal structure of new compoundK6CrNb15O42j Zeitschrift fiir Kristallographiej 1993，205:55_59、方亮，張輝，吳伯麟，袁潤(rùn)章.新鈮酸鹽化合物K6FeNb15O42的合成.化學(xué)通報(bào)，1999，3: 39 40 ]報(bào)道了六元環(huán)孔道結(jié)構(gòu)銀酸鹽K6MNb15O42 (M=Cr或Fe)的合成與晶體結(jié)構(gòu)?？紤]到目前尚無(wú)有關(guān)該類化合物光催化性能的研究報(bào)道，我們對(duì)孔道結(jié)構(gòu)鈮酸鹽K6MNb15O42 (M=Cr或Fe)進(jìn)行了光催化性能研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該類化合物具有優(yōu)異的可見光響應(yīng)的光催化性能
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有可見光響應(yīng)的孔道結(jié)構(gòu)鈮酸鹽光催化劑K6MNb15O42及其制備方法。本發(fā)明涉及的具有可見光響應(yīng)的孔道結(jié)構(gòu)鈮酸鹽的化學(xué)組成通式為=K6MNb15O42,其中M為Fe和Cr中的一種。所述孔道結(jié)構(gòu)鈮酸鹽的制備方法具體步驟為:
(I)將99.9%分析純的化學(xué)原料K2C03、M2O3和Nb2O5,按K6MNb15O42化學(xué)式稱量配料，其中M為Fe和Cr中的一種。(2)將步驟(I)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8小時(shí)，混合磨細(xì)，取出烘干，過(guò)200目篩。(3)將步驟(2)混合均勻的粉料在100(Γ1020 預(yù)燒，并保溫6小時(shí)，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，低于2 μ m，即得到孔道結(jié)構(gòu)鈮酸鹽K6MNb15O42 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 ;釩酸鹽光催化劑K6MNb15O42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120分鐘。實(shí)施例1:
(I)將99.9%分析純的化學(xué)原料K2C03、Fe2O3和Nb2O5,按K6FeNb15O42化學(xué)式稱量配料。(2)將步驟(I)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8小時(shí)，混合磨細(xì)，取出烘干，過(guò)200目篩。(3)將步驟(2)混合均勻的粉料在1000°C預(yù)燒，并保溫6小時(shí)，自然冷卻至室溫，然后通過(guò)球磨機(jī)粉碎手段使粒子直徑變小，低于2 μ m，即得到孔道結(jié)構(gòu)鈮酸鹽K6FeNb15O42粉末。所制備的光催化劑，在波長(zhǎng)大于420nm的可見光照射下，120分鐘對(duì)甲基橙去除率達(dá)到98.5%ο實(shí)施例2:
(I)將99.9%分析純的化學(xué)原料K2C03、Fe2O3和Nb2O5,按K6FeNb15O42化學(xué)式稱量配料。(2)將步驟(I)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8小時(shí)，混合磨細(xì)，取出烘干，過(guò)200目篩。(3)將步驟(2)混合均勻的粉料在1015°C預(yù)燒，并保溫6小時(shí)，自然冷卻至室溫，然后通過(guò)球磨機(jī)粉碎手段使粒子直徑變小，低于2 μ m，即得到孔道結(jié)構(gòu)鈮酸鹽K6FeNb15O42粉末。所制備的光催化劑，在波長(zhǎng)大于420nm的可見光照射下，120分鐘對(duì)甲基橙去除率達(dá)到98.7%。實(shí)施例3:
(I)將99.9%分析純的化學(xué)原料K2C03、Cr2O3和Nb2O5,按K6CrNb15O42化學(xué)式稱量配料。(2)將步驟(I)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8小時(shí)，混合磨細(xì)，取出烘干，過(guò)200目篩。(3)將步驟(2)混合均勻的粉料在1020°C預(yù)燒，并保溫6小時(shí)，自然冷卻至室溫，然后通過(guò)球磨機(jī)粉碎手段使粒子直徑變小，低于2 μ m，即得到孔道結(jié)構(gòu)鈮酸鹽K6CrNb15O42粉末。所制備的光催化劑，在波長(zhǎng)大于420nm的可見光照射下，120分鐘對(duì)甲基橙去除率達(dá)到98.9%ο實(shí)施例4:
(I)將99.9%分析純的化學(xué)原料K2C03、Cr2O3和Nb2O5,按K6CrNb15O42化學(xué)式稱量配料。(2)將步驟(I)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8小時(shí)，混合磨細(xì)，取出烘干，過(guò)200目篩。(3)將步驟(2)混合均勻的粉料在1010°C預(yù)燒，并保溫6小時(shí)，自然冷卻至室溫，然后通過(guò)球磨機(jī)粉碎手段使粒子直徑變小，低于2 μ m，即得到孔道結(jié)構(gòu)鈮酸鹽K6CrNb15O42粉末。所制備的光催化劑，在波長(zhǎng)大于420nm的可見光照射下，120min對(duì)甲基橙去除率達(dá)到99.5%ο本發(fā)明決不限于以上實(shí)施例。M為Fe和Cr中的兩種也可以做出與本發(fā)明類似晶體結(jié)構(gòu)與性能的光催化劑。各溫度的上下限、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、活性炭或石英砂等，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
1.一種孔道結(jié)構(gòu)鈮酸鹽作為可見光響應(yīng)的光催化劑的應(yīng)用，其特征在于所述孔道結(jié)構(gòu)鈮酸鹽的化學(xué)組成通式為=K6MNb15O42,其中M為Fe和Cr中的一種； 所述孔道結(jié)構(gòu)鈮酸鹽的制備方法具體步驟為: (1)將99.9%分析純的化學(xué)原料K2C03、M2O3和Nb2O5,按K6MNb15O42化學(xué)式稱量配料，其中M為Fe和Cr中的一種； (2)將步驟(I)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8小時(shí)，混合磨細(xì)，取出烘干，過(guò)200目篩； (3)將步驟(2)混合均勻的粉料在100(Γ1020 預(yù)燒，并保溫6小時(shí)，自然冷卻至室溫，然后通過(guò)球磨機(jī)粉碎手段使粒子直徑變小，低于2 μ m，即得到孔道結(jié)構(gòu)鈮酸鹽K6MNb15O42粉末。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可見光響應(yīng)的孔道結(jié)構(gòu)鈮酸鹽光催化劑K6MNb15O42及其制備方法。該孔道結(jié)構(gòu)鈮酸鹽光催化劑的化學(xué)組成通式為K6MNb15O42,其中M為Fe和Cr中的一種。本發(fā)明還公開了上述材料的制備方法。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,在可見光照射下具有分解有害化學(xué)物質(zhì)的作用，且穩(wěn)定性好，具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C01G37/02GK103191751SQ20131013014
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月16日
發(fā)明者方亮, 唐瑩, 韋珍海 申請(qǐng)人:桂林理工大學(xué)