專利名稱：可見光響應(yīng)的復(fù)合氧化物光催化劑Li₃Co₂Nb_1-xTa_xO₆及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可見光響應(yīng)的復(fù)合氧化物光催化劑Li3Co2NbhTiixO6 (0 ^ x^ 1) 及其制備方法，屬于無機(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)境越來越關(guān)注，解決能源短缺和環(huán)境污染問題是實(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。從20世紀(jì)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(nóng)藥以及惡臭物質(zhì)等有機(jī)物，以及涂有光催化劑的固體表面的自我清潔等應(yīng)用實(shí)例。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。光催化劑有許多種，其中最有代表性的是二氧化鈦(TiO2),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是3. 2eV,只有在比400nm短的紫外線的照射下才能顯現(xiàn)出活性，只能在室內(nèi)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(zhì)中的實(shí)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(zhǎng)在500nm附近可見光的強(qiáng)度最大，波長(zhǎng)為400nm-750nm的可見光區(qū)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(yīng)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(huán)境問題方面有重要的應(yīng)用前景。近些年來，光催化劑已引起世界各國(guó)科學(xué)家的關(guān)注，許多著名研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)相繼投入巨資從事光催化劑機(jī)理和應(yīng)用的研究，光催化劑在抗菌、脫臭、防污和水處理等許多領(lǐng)域已開始進(jìn)入推廣應(yīng)用階段。一些科學(xué)家認(rèn)為，由于光催化劑有良好的環(huán)境凈化作用，隨著各國(guó)研究工作的深入，這種新材料將成為21世紀(jì)最有希望的新興材料產(chǎn)品之一。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。

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)組成通式為=Li3Co2NbhTaxO6O ^ χ ^ I0上述可見光響應(yīng)的復(fù)合氧化物光催化劑的制備方法，按以下步驟進(jìn)行1)將 99. 9%分析純的化學(xué)原料 Li2C03、CoO、Nb2O5 和 Tei2O5，按 Li3Co2Nb1-JiixO6 化學(xué)式稱量配料，其中1 ；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(xì)，取出烘干，過200目篩；3)將步驟⑵混合均勻的粉料在800-900°C預(yù)燒，并保溫8_10h，自然冷卻至室溫，然后通過球磨機(jī)等粉碎手段使粒子直徑變小，低于2 μ m，即可得到復(fù)合氧化物光催化劑 Li3Co2Nb1^xTaxO6 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 ；鉍系復(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 120mino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)說明。實(shí)施例1 1)將99. 9%分析純的化學(xué)原料Li2C03、CoO和Nb2O5，按Li3Co2NbO6化學(xué)式稱量配料；2)將配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨12h，混合磨細(xì)，取出烘干，過200目篩；3)上述混合均勻的粉料在800°C預(yù)燒，并保溫8h，自然冷卻至室溫，然后通過球磨機(jī)等粉碎手段使粒子直徑變小，低于2 μ m,即可得到復(fù)合氧化物光催化劑Li3Co2NbO6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97. 1% ο實(shí)施例2 1)將99. 9%分析純的化學(xué)原料Li2C03、CoO和Tei2O5，按Li3Co2TaO6化學(xué)式稱量配料；2)將配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨12h，混合磨細(xì)，取出烘干，過200目篩；3)上述混合均勻的粉料在900°C預(yù)燒，并保溫10h，自然冷卻至室溫，然后通過球磨機(jī)等粉碎手段使粒子直徑變小，低于2 μ m,即可得到復(fù)合氧化物光催化劑Li3Co2TaO6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98. 9%。實(shí)施例3 1)將 99. 9%分析純的化學(xué)原料 Li2C03、CoO、Nb205、Ta2O5，按 Li3Co2Nba5TaQ 506 化學(xué)式稱量配料；2)將配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨12h，混合磨細(xì)，取出烘干，過200目篩；3)上述混合均勻的粉料在850°C預(yù)燒，并保溫9h，自然冷卻至室溫，然后通過球磨機(jī)等粉碎手段使粒子直徑變小，低于2 μ m,即可得到復(fù)合氧化物光催化劑Li3Co2Nba5Tiia5O6 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98. 2%。實(shí)施例4 1)將 99. 9%分析純的化學(xué)原料 Li2C03、CoO、Nb205、Τει205，按 Li3Co2Nba2TaQ 806 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，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨12h， 混合磨細(xì)，取出烘干，過200目篩。3)上述混合均勻的粉料在880°C預(yù)燒，并保溫9h，自然冷卻至室溫，然后通過球磨機(jī)粉碎使粒子直徑變小，低于2 μ m,即可得到復(fù)合氧化物光催化劑Li3Co2Nba2Tiia8O6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98. 1% ο實(shí)施例5 1)將 99. 9%分析純的化學(xué)原料 Li2C03、CoO、Nb205、Ta2O5，按 Li3Co2Nba7TaQ 306 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，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨12h， 混合磨細(xì)，取出烘干，過200目篩。3)上述混合均勻的粉料在830°C預(yù)燒，并保溫9h，自然冷卻至室溫，然后通過球磨機(jī)粉碎使粒子直徑變小，低于2 μ m,即可得到復(fù)合氧化物光催化劑Li3Co2Nba7Tiia3O6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98. 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。各原料的上下限、區(qū)間取值，以及工藝參數(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。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(fù)載于基體表面。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合氧化物在可見光響應(yīng)的光催化中的應(yīng)用，其特征在于所述復(fù)合氧化物的化學(xué)組成通式為=Li3Co2Nb1-JaxO6,其中O彡X彡1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合氧化物的制備方法，其特征在于步驟為1)將99. 9%分析純的化學(xué)原料 Li2C03、Co03、Nb2O5 和 Ta2O5，按 Li3Co2NlvxTaxO6，化學(xué)式稱量配料，其中OSxSl;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(xì)，取出烘干，過200目篩；3)將步驟(2)混合均勻的粉料在800-900°C預(yù)燒，并保溫8-10h，自然冷卻至室溫， 然后通過球磨機(jī)粉碎手段使粒子直徑變小，低于2 μ m，即可得到復(fù)合氧化物光催化劑 Li3Co2Nb1-JaxO6 粉末。
全文摘要
本發(fā)明公開了可見光響應(yīng)的復(fù)合氧化物光催化劑Li3Co2Nb1-xTaxO6及制備方法。該復(fù)合氧化物光催化劑的化學(xué)組成通式為L(zhǎng)i3Co2Nb1-xTaxO6，0≤x≤1。將99.9％分析純的化學(xué)原料Li2CO3、CoO、Nb2O5和Ta2O5，按Li3Co2Nb1-xTaxO6化學(xué)式稱量配料，其中0≤x≤1；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(xì)，取出烘干，過200目篩；將混合均勻的粉料在800-900℃預(yù)燒，并保溫8-10h，自然冷卻至室溫，然后通過球磨機(jī)等粉碎手段使粒子直徑變小，低于2μm，即可得到復(fù)合氧化物光催化劑Li3Co2Nb1-xTaxO6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)的作用，且穩(wěn)定性好，具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C02F1/30GK102228836SQ201110094368
公開日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2011年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月13日
發(fā)明者劉潔群, 廖維, 方亮, 李蕓華, 蘇聰學(xué) 申請(qǐng)人:桂林理工大學(xué)