專利名稱：化合物YMO₃(M=In,Al)的光催化用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及治理環(huán)境污染用的光催化材料及制備，也涉及低溫燃燒合成技術(shù)。
技術(shù)背景隨著工業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的提高，環(huán)境污染問(wèn)題己提到非常重要的議事日 程，開發(fā)高效、節(jié)能、無(wú)二次污染的環(huán)境治理、環(huán)境保護(hù)新技術(shù)尤其受到人們的關(guān)注。 在各類新技術(shù)中，光催化技術(shù)是21世紀(jì)最有前途的環(huán)境友好清潔新技術(shù)之一，它是利用 光催化劑吸收光的能量分解有機(jī)物或分解水的過(guò)程。其機(jī)理是半導(dǎo)體價(jià)帶中的電子受光 激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶，在導(dǎo)帶中形成光生電子，在價(jià)帶中留下光生空穴。這些非平衡態(tài)的電 子和空穴有極強(qiáng)的還原和氧化能力。當(dāng)它們擴(kuò)散到光催化劑的表面時(shí)候，可將污染物氧化還原成無(wú)害的小分子，或?qū)⑺纸鉃镠2和02。由于光催化可利用自然光(例如太陽(yáng)光) 長(zhǎng)期工作，具有低成本、無(wú)毒害的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于從根本上解決環(huán)境污染和能源短缺問(wèn)題具 有不可低估的意義。實(shí)用的光催化材料需有較強(qiáng)的吸光能力，以及較長(zhǎng)時(shí)間的非平衡態(tài)電子、空穴壽命 和較高的電子、空穴遷移率。如何找到合適的光催化材料一直是科技人員關(guān)注的研究課 題。近30年來(lái)的相關(guān)研究主要圍繞著以TiO2為基礎(chǔ)的系列寬禁帶半導(dǎo)體。然而由于Ti02 的禁帶過(guò)寬，致使Ti02只能吸收紫外波段的光。從太陽(yáng)能的利用來(lái)看，紫外線(400 nm 以下)僅占太陽(yáng)光總能量的4%左右，而波長(zhǎng)為400-750nm的可見光則占到近43。/。。因此， 為了有效地利用太陽(yáng)能，同時(shí)滿足室內(nèi)無(wú)紫外線環(huán)境光催化凈化的需求，尋找可見光響 應(yīng)的光催化劑勢(shì)在必行。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的在于，提供一種在可見光條件下具有光降解有機(jī)污染物性能的光催化劑 YM03 (M=In,Al)及其制備方法。本發(fā)明的可見光響應(yīng)光催化劑，其特征在于，它是化合物YM03，其中M為In或Al， YA103的結(jié)構(gòu)為鈣鈦礦型，YIn03是具有立方相的(Yo.5lno.5)203，即其結(jié)構(gòu)為立方相，結(jié)構(gòu)式為(Yo.sIno.s)2()3。該光催化劑可以由以下方法制備由硝酸釔與硝酸銦或硝酸鋁為氧化 劑、有機(jī)羧酸氨基乙酸為燃料、在去離子水或蒸餾水溶液中經(jīng)300 40(TC低溫燃燒產(chǎn)生 氧化還原反應(yīng)得到納米級(jí)粉體化合物，再經(jīng)1000 1200。C環(huán)境中焙燒1 12小時(shí)得到的Yln03或YA103，其中硝酸釔與硝酸銦或硝酸鋁摩爾比為l: 1，硝酸銦或硝酸鋁與氨基 乙酸摩爾比為3: 10，加水量按照硝酸釔溶液濃度為0.1 0.2摩爾/升計(jì)算，其化學(xué)反應(yīng)式為3Y(N03)3 + 3M(N03)3 +10C2H5NO2 = 3YMO3 + 14N2T + 25H2OT + 20CO2T。本發(fā)明的制備上述可見光響應(yīng)光催化劑YM03 (M=In， Al)的方法，包括配料、混 合及低溫燃燒合成，其特征在于，具體步驟為1)將硝酸釔(Y(N03)3)、硝酸銦(In(NCb;b;) 或者硝酸鋁(A1(N03)3)、有機(jī)燃料氨基乙酸(NH2CH2COOH)和去離子水或蒸餾水水混合 配成溶液，并將配好后的溶液經(jīng)攪拌使其均勻混合，后于室溫下靜置12 24小時(shí)，其中 硝酸釔與硝酸銦或硝酸鋁的摩爾比為l: 1，硝酸銦或硝酸鋁與氨基乙酸摩爾比為3: 10， 加水量按照硝酸釔溶液濃度為0.1 0.2摩爾/升計(jì)算；2)將上述溶液緩慢升溫到300 40(TC，例如先將溶液置于150 200'C下恒溫20 60分鐘，再以2 4"C/分鐘的速率緩慢 升溫到300 40(TC，使溶液中的有機(jī)燃料燃燒并發(fā)生合成反應(yīng)，得到蓬松的納米YM03 (M=In,Al)粉體，其化學(xué)反應(yīng)式為3Y(N03)3 + 3M(N03)3 +10C2H5NO2=3YMO3 + 14N2T + 25H2OT + 20CO2T; 3)將上述納米粉體在1000 120(TC下焙燒1 12小時(shí)，得成品YIn03或YA103。本發(fā)明的可見光響應(yīng)光催化劑YM03 (M=In，AD ，產(chǎn)品雜質(zhì)含量低，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。 測(cè)試結(jié)果表明，該催化劑YM03在可見光波段中具有較強(qiáng)的吸光能力，以及較長(zhǎng)時(shí)間的 非平衡態(tài)電子、空穴壽命和較高的電子、空穴遷移率，能夠吸收太陽(yáng)光中的可見光部分， 并且在可見光照射下具有穩(wěn)定的光催化活性，能夠滿足室內(nèi)無(wú)紫外線環(huán)境時(shí)光催化凈化 的需求。本發(fā)明的制備方法基于氧化還原反應(yīng)原理，以硝酸鹽為氧化劑，有機(jī)羧酸為燃料， 配料提供了燃燒所需的氧化劑，保證后續(xù)燃燒反應(yīng)中有機(jī)燃料的需氧量和硝酸鹽提供的 氧含量平衡，使反應(yīng)能夠迅速蔓延并充分進(jìn)行，直至燃料耗盡。本制備方法具有以下優(yōu)點(diǎn)1. 反應(yīng)在溶液中進(jìn)行，可以達(dá)到分子水平的均勻混合，合成溫度低；2. 制備工藝簡(jiǎn)單，所需時(shí)間短，費(fèi)用低。3. 不需要長(zhǎng)時(shí)間研磨，產(chǎn)品中雜質(zhì)含量低，從而保證了穩(wěn)定的光催化活性。


4圖l是本發(fā)明實(shí)施例l和實(shí)施例2所制備的YIn03和YA103在其進(jìn)行光催化活性反應(yīng) 前后的XRD測(cè)試曲線。圖2是對(duì)本發(fā)明實(shí)施例l和實(shí)施例2所制備的YIn03和YA103進(jìn)行光催化活性測(cè)試的結(jié)果。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例l(1) 稱取2.75克Y(N03)3、 3.819克In(N03)3 .4會(huì)1120、 2.5克有機(jī)燃料(:2115冊(cè)2，放入100毫升燒杯中，加入50毫升去離子水，攪拌30分鐘使其均勻混合后，將溶液于室溫下 靜置24小時(shí)；(2) 取上述溶液約20毫升置于100毫升燒杯中，將燒杯置于200。C下恒溫30分鐘；(3) 然后按3'C/分鐘速率緩慢升溫至30(TC使容器內(nèi)的溶液充分燃燒，得到蓬松的 Yln03粉體；(4) 將上述燃燒粉末置于110(TC下焙燒10小時(shí)，得成品YIn03。 對(duì)該成品進(jìn)行X射線衍射(簡(jiǎn)稱XRD)測(cè)試，其結(jié)果示于圖l。圖l中反應(yīng)前的YIn03曲線表明該合成樣品為純相的Yln03 。實(shí)施例2(1) 稱取2.75克Y(N03)3、 3.751克A1(N03)3. 9H20、 2.5克有機(jī)燃料<:必^02,放入IOO 毫升燒杯中，加入50毫升去離子水，攪拌30分鐘后，將溶液于室溫下靜置24小時(shí)；(2) 取上述溶液約20毫升置于100毫升燒杯中，將燒杯置于20(TC下恒溫30分鐘；(3) 然后按3t/分鐘速率緩慢升溫至30(TC使容器內(nèi)的溶液充分燃燒，得到蓬松的 YA103粉體；(4) 將上述燃燒粉末置于1100。C下焙燒10小時(shí)，得成品YA103。 圖1中反應(yīng)前的YA103曲線為該合成樣品的X射線衍射圖，表明該合成樣品為純相鈣鈦礦型YAlCb。圖2為YIn03和YA103的光催化活性結(jié)果。測(cè)試實(shí)驗(yàn)采用150W鹵鉤燈為可見光光源， 催化劑用量為0.45克，亞甲基藍(lán)溶液濃度為23.9微摩爾/升，體積為150毫升。為了除去鹵 鎢燈中的紫外光和熱效應(yīng)，在燈管外加一帶回流水的雙層耐高溫玻璃套管。每隔一段時(shí)間抽取5毫升左右的反應(yīng)靜置液，采用分光光度計(jì)測(cè)定溶液的吸光度，根據(jù)亞甲基藍(lán)的 褪色速率來(lái)衡量催化劑的活性。結(jié)果表明，YlnO3體系用了大約110分鐘將亞甲基藍(lán)完全 降解，YAlO3體系光降解亞甲基藍(lán)時(shí)間約為90分鐘。反應(yīng)結(jié)束后加入亞甲基藍(lán)做第二次 光催化活性表征，YlnO3和YAlO3體系仍然只用了約110分鐘和90分鐘就將亞甲基藍(lán)完全 降解，表明所合成催化劑在可見光照射下具有穩(wěn)定的光催化活性。圖1同時(shí)列出了光催化反應(yīng)后光催化劑的XRD結(jié)果，可以看出YIn03和YA103在反應(yīng) 前后的晶體結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生改變，這表明該催化劑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。實(shí)施例3(1) 稱取5.50克Y(NO3)3、 7.638克In(N03)3.4一20、 5.0克有機(jī)燃料(:2關(guān)02，放入250毫升燒杯中，加入100毫升去離子水，攪拌60分鐘后，將溶液于室溫下靜置12小時(shí)；(2) 取上述溶液約30毫升置于100毫升燒杯中，將燒杯置于150。C下恒溫60分鐘；(3) 然后按4'C/分鐘速率緩慢升溫至35(TC使容器內(nèi)的溶液充分燃燒，得到蓬松的 Yln03粉體，將該粉末置于102(TC下焙燒12小時(shí)，得成品YIn03。實(shí)施例4(1) 稱取5.50克Y(NO3)3、 7.502克A1(N03)3. 9H20、 5.0克有機(jī)燃料<:211^02，放入250 毫升燒杯中，加入100毫升蒸餾水，攪拌60分鐘使其充分混合，然后將溶液于室溫下靜 置18小時(shí)；(2) 取上述溶液約30毫升置于100毫升燒杯中，將燒杯置于150'C下恒溫60分鐘；(3) 然后按4'C/分鐘速率緩慢升溫至40(TC使容器內(nèi)的溶液充分燃燒，得到蓬松的 YA103粉體，將該粉末置于120(TC下焙燒2小時(shí)，得成品YA103。
權(quán)利要求
1. 一種化合物YMO3的光催化用途，所述YMO3中的M為In或Al，其中YAlO3的結(jié)構(gòu)為鈣鈦礦型，YInO3是具有立方相的(Y0.5In0.5)2O3，其特征在于，所述YMO3在可見光波段中具有吸光能力，具有在可見光條件下光降解有機(jī)污染物的用途，是應(yīng)用于無(wú)紫外線環(huán)境中凈化環(huán)境的光催化劑。
2. 如權(quán)利要求1所述的化合物YM03的光催化用途，其特征在于，所述光降解有機(jī)污染 物性能是指光降解亞甲基藍(lán)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光催化材料的制備及其在治理環(huán)境污染方面的用途。該材料是化合物YMO₃，其中M為In或Al，YAlO₃的結(jié)構(gòu)為鈣鈦礦型，YInO₃是具有立方相的(Y0.5In0.5)2O₃。由硝酸釔與硝酸銦或硝酸鋁為氧化劑、有機(jī)羧酸氨基乙酸為燃料、在去離子水或蒸餾水溶液中經(jīng)300～400℃低溫燃燒產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)得到納米級(jí)粉體化合物，再經(jīng)1000～1200℃環(huán)境中焙燒1～12小時(shí)得到Y(jié)InO₃或YAlO₃。本催化材料雜質(zhì)含量低，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在可見光波段有穩(wěn)定吸光能力，在可見光條件下有光降解有機(jī)污染物的用途，是無(wú)紫外線環(huán)境中凈化環(huán)境的光催化劑，能滿足室內(nèi)無(wú)紫外線環(huán)境時(shí)光催化凈化的需求。
文檔編號(hào)B01J23/10GK101502794SQ20091000964
公開日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2006年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月8日
發(fā)明者丁建軍, 琛 高, 駿 鮑 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)