專利名稱：核-殼結構的釔銻基復合磁性顆粒光催化劑及應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種新型光催化劑、制備及應用，尤其粉末催化材料 Y3_xYbxSb07(0. 5 彡 x 彡 1)、Y3_xGaxSb07(0. 5 彡 x 彡 1)及“磁性顆粒核-光催 化劑殼”結構的Y_Fe203(鐵磁性顆粒核)-Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)(光催化 劑殼)、Y-Fe203-Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1)(光催化劑殼)、Si02(順磁性顆粒 核)_Y3_xYbxSb07(0. 5 彡 x 彡 1)、Si02-Y3_xGaxSb07(0. 5 彡 x 彡 1)、MnO (反鐵磁性顆粒 核)_Y3_xYbxSb07 (0. 5彡x彡1)、Mn0-Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1)，經(jīng)光催化去除水體中的有 機污染物的應用，及光催化分解水制取氫氣的應用。
背景技術：
水中有毒難降解性有機物(PTS)的處理一直是水處理領域中的難點、熱點課題。 PTS有對人體及生態(tài)環(huán)境風險高等特點，因此，發(fā)達國家對這類污染物均有嚴格的控制標 準。由于常規(guī)生化處理方法對這類物質的去除效果差(或基本無處理效果)，必須采用特殊 處理單元過程對其有針對性的去除。因此，水中難降解性有機物的新型處理技術的開發(fā)研 究成為目前國際環(huán)境工程領域的熱點和前沿課題。半導體(典型的如Ti02)光催化法就是世界各國學者公認的處理水中難降解性有 機物最有效、最有市場前景的技術，它在降解水體中的難降解性有機污染物方面具有巨大 的應用潛力，在難降解性有機物的礦化分解等方面比電催化、濕式催化氧化技術具有明顯 的優(yōu)點。但光催化技術在水處理與廢水處理上尚未工業(yè)化，主要存在如下兩個問題(1)懸 浮體系光催化體系光催化效率高，存在催化劑后處理問題，如果將光催化劑固定在玻璃等 材料上可以解決光催化劑的分離回收問題，但其光催化效率卻明顯低于懸浮體系；⑵二 氧化鈦僅能吸收紫外光，在可見光范圍沒有響應，對太陽光的利用率低(4% )，而太陽光譜 中紫外光部分只占不到5 %，而波長為400-750nm的可見光則占太陽光譜的43 %，如果能將 太陽光中的紫外光波段和可見光波段同時充分利用起來，光量子效率將會得到很大提高。 因此，在保證較高的光催化效率的前提下解決光催化劑的回收和量子效率問題成了光催化 廢水處理工業(yè)化應用的關鍵。目前，提高光催化劑的光利用率主要有兩個方向。一是二氧化鈦可見光化，如N、 s、c等非金屬元素部分取代二氧化鈦中的氧元素，能夠降低光催化材料的帶隙能，擴展了其 光響應范圍，在一定程度上提高了光量子效率；二是研究開發(fā)高效的可見光催化劑。近年 來，研究者們開展了探索新型可見光光催化劑的研究工作，取得了豐碩成果Bi12Ge02(l粉末 能有效降解甲基橙等有機物；采用Co304/BiV04可以降解苯酚；采用Ta3N5粒子可以降解亞甲 基藍染料；采用Na2Ta206可以降解剛果紅溶液；采用Ga2BiTa07可以降解亞甲基藍染料。付 希賢研制了鈣鈦礦型復合氧化物LaFe03、LaFei_xCux03等，結果表明LaFe03、LaFei_xCux03 (x = 0. 02,0. 05)具有較小的帶隙，可以有效利用可見光對水相中的有機物進行光催化降解。鄒 志剛等人成功地合成了 CaBi204等能利用可見光有效地降解水和空氣中的甲醛、乙醛、亞甲 基藍和H2S等有害物的新型光催化材料。朱永法、趙進才等利用自制的新型材料(如Bi2W06等)快速有效地降解了水相中羅丹明B，其效果較傳統(tǒng)方法有大幅度的提高。本課題組首次 成功制備了 In2BiTa07粉體光催化降解水體中亞甲基藍染料，135分鐘后亞甲基藍被完全降 解，總有機碳(T0C)去除率為100%。因此，擴大光催化材料的光響應范圍是提高光催化量 子效率的一個有效方法。目前所報道的可見光光催化材料多是粉未狀，在懸浮體系中有很 好的光催化活性，因此開發(fā)新型的粉末狀光催化材料去除水體中的有機污染物不但能產(chǎn)生 顯著的經(jīng)濟效益，而且還能產(chǎn)生巨大的環(huán)境效益和社會效益。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提出一種粉末催化材料Y3_xYbxSb07和Y3_xGaxSb07 (0. 5 ^ x ^ 1) 及制備工藝路線及方法、性能表征及應用。此外，也提出一種“磁性顆粒核-光 催化劑殼”結構的Y_Fe203(鐵磁性顆粒核)-Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)(光 催化劑殼)、Y-Fe203(鐵磁性顆粒核)-Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1)(光催化 劑殼)、Si02(順磁性顆粒核)-Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)(光催化劑殼)、 Si02(順磁性顆粒核)-Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1)(光催化劑殼)、MnO (反鐵 磁性顆粒核)_Y3_xYbxSb07(0. 5 < x < 1)(光催化劑殼)、MnO (反鐵磁性顆粒 核)-Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1)(光催化劑殼)制備工藝、性能表征及應用。本發(fā)明的技術方案是核-殼結構的催化材料Y_Fe203 (鐵 磁性顆粒核)_Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)(光催化劑殼)、y-Fe203 (鐵 磁性顆粒核)-Y3_xGaxSb07(0.5彡x彡1)(光催化劑殼)、Si02U_磁 性顆粒核)_Y3_xYbxSb07(0.5 < x < 1)(光催化劑殼)、Si02(順磁性 顆粒核)-Y3_xGaxSb07(0.5彡x彡1)(光催化劑殼)、MnO(反鐵磁性顆 粒核)_Y3_xYbxSb07(0.5彡x彡1)(光催化劑殼)、MnO(反鐵磁性顆粒 核)-Y3_xGaxSb07 (0. 5 彡 x 彡 1)(光催化劑殼)。y _Fe203、Si02 和 MnO 的粒徑為 0. 06-2 微 米，Y3_xYbxSb07、Y3_xGaxSb07 包裹后粒徑為 0. 07-2. 1 微米。核-殼結構的催化材料Y3_xYbxSb07 (0. 5 彡 x 彡 1)禾P Y3_xGaxSb07 (0. 5 彡 x 彡 1)。制備方法是采用脈沖激光濺射沉積的制備方法a.靶材制備以固相燒結的方法制備Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)和 Y3_xGaxSb07 (0. 5彡x彡1)靶材，靶材直徑為10mm，厚度為2mm ；b.選取襯底選用鐵磁性顆粒、-Fe203、順磁性顆粒Si02或反鐵磁性顆粒MnO作 為襯底；C.采用脈沖激光濺射沉積，激光主波長為248nm，激光功率密度為2 3J/cm2，以 氮氣為保護氣氛，氮氣和氧氣(純度為99. 99%)的壓力為8 10Pa，沉積室內初始壓力 為6X 10_5Pa 2X 10_3Pa，靶材至襯底的距離為3 7厘米，襯底的溫度為300 700°C， 分別濺射Y3_xYbxSb07(0. 5≤x≤1)靶材和Y3_xGaxSb07(0. 5≤x≤1)靶材至鐵磁性顆 粒Y _Fe203、順磁性顆粒Si02或反鐵磁性顆粒MnO襯底表面，在y _Fe203、Si02或MnO襯 底上沉積厚度不同的膜，薄膜沉積時間為90 120分鐘，將上述六種膜分別于氮氣或在 氬氣中在1340 士 10 V和1340 士 10 V溫度下處理60 士 lOmin，使之晶化而得到所需的磁性 復合催化材料 Y-Fe203-Y3_xYbxSb07(0. 5 ≤ x ≤ 1)、y-Fe203-Y3_xGaxSb07(0. 5 ≤ x ≤ 1)、 Si02-Y3-xYbxSb07(0. 5 ≤ x ≤ 1) , S i 0 2-Y 3-xG a XS b 0 7 ( 0 . 5 ≤ x ≤ 1)、Mn0-Y3_xYbxSb07 (0. 5 彡 x 彡 1)或 Mn0_Y3_xGaxSb07 (0. 5 彡 x 彡 1)?；虿捎枚喟写趴貫R射沉積的方法a.靶材制備準備純金屬Yb或Ga與Sb和Y金屬靶材，靶材直徑為5 6厘米；b.選取襯底選用鐵磁性顆粒、_Fe203、、順磁性顆粒Si02或反鐵磁性顆粒MnO作 為襯底；c.采用多靶磁控濺射，濺射功率為60 200W，以氬氣為保護氣氛，氬氣和氧氣 (純度為99. 99%)的壓力為4 32mTorr，氧氣的流量比(02/(02+Ar))為30% 50%，沉 積室內初始壓力為3. 3X10_6Torr 1 X 10_5Torr，靶材至襯底的距離為4 15厘米，襯底 的溫度為0 400°C，薄膜沉積速率為1 2nm/min ；在氧氣和氬氣的混合氣體中共濺射純金屬Y、Yb和Sb靶材至鐵磁性 顆粒Y_Fe203、順磁性顆粒3102或反鐵磁性顆粒MnO襯底表面，在襯底上沉積形 成Y3_xYbxSb07(0.5 < x ^ 1)膜層，將上述三種膜層于氮氣或氬氣中在1340 士 10°C 處理60 士 lOmin ；使之晶化而得到所需的光催化劑核殼結構Y_Fe203 (鐵 磁性顆粒核)_Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)(光催化劑殼)、Si02(順磁性顆粒 核)_Y3_xYbxSb07(0. 5 彡 x 彡 1)或 MnO (反鐵磁性顆粒核)_Y3_xYbxSb07 (0. 5 彡 x 彡 1)。在氧氣和氬氣的混合氣體中共濺射純金屬Y、Ga和Sb靶材至鐵磁性顆 粒Y_Fe203、順磁性顆粒3102或反鐵磁性顆粒MnO襯底表面，在襯底上沉積形成 Y3_xGaxSb07(0.5 ^ x ^ 1)膜層，將上述三種膜層于氮氣或氬氣中在1340士 10°C處理 60士 lOmin ；使之晶化而得到所需的Y _Fe203(鐵磁性顆粒核)_Y3_xGaxSb07 (0. 5彡x彡1) (光催化劑殼)、Si02 (順磁性顆粒核)-Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1)或MnO (反鐵磁性顆粒 核)-Y3_xGaxSb07(0. 5 彡 x 彡 1)。2、粉末催化材料Y3_xYbxSb07 (0. 5彡x彡1)和Y3_xGaxSb07 (0. 5彡x彡1)的制備方 法其特征是⑴粉末催化材料Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)或Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1)的 制備采用高溫固相燒結的方法制備Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)或Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1) 光催化粉末材料；以純度為99. 99%的Y203、Yb203和Sb205或Y203、Ga203和Sb205為原材料， 將Y、Yb和Sb或Y、Ga和Sb以所述分子式的原子比的Y203、Yb203和Sb205或Y203、Ga203和 Sb205充分混合，然后在球磨機中研磨，粉末的粒徑達到1. 4-1. 8微米，在200士40°C烘干 4士 1小時，壓制成片，放入高溫燒結爐中燒制。將爐溫升至700士20°C，保溫8士2小時后隨 爐冷卻，將粉末壓片取出粉碎至粒徑為1. 3-1. 6微米，再將這些粉末壓制成片，放入高溫燒 結爐中燒結，最高爐溫為730士20°C，保溫6士 1小時后隨爐冷卻，將粉末壓片取出粉碎至粒 徑為1. 2-1. 5微米，再將這些粉末壓制成片，放入高溫燒結爐中燒結，升溫條件如下a.由 20°C 升溫至 400°C，升溫時間為 40 士 lOmin ;b.在 400°C 保溫 40 士 lOmin ； c.由 400°C升溫至 730°C，升溫時間為 40士 lOmin ;d.在 730°C保溫 480_800min ;e.由 730°C 升溫至 1340士50°C，升溫時間為 50士 lOmin ；f.在 1340士50°C保溫 3800士400min，爐冷。粉末壓片經(jīng)最高溫度1340士50°C保溫3800士400min后隨爐冷卻，取出粉末壓片 粉碎至粒徑為0. 06-0. 32微米，最終制備成功純凈的Y3_xYbxSb07或Y3_xGaxSb07 (0.5^x^1) 粉末光催化材料；(2)采用溶膠-凝膠法制備粉末光催化材料Y3_xYbxSb07(0.5彡x彡1)或 Y3_xGaxSb07 (0. 5 ^ x ^ 1)利用改進的Sol-Gel方法，采用有機金屬前驅物，制備Y3_xYbxSb07 (0. 5 ≤ x ≤ 1)禾P Y3_xGaxSb07 (0. 5 ≤ x ≤ 1)。前驅體乙酸鐿(Yb (CH3C02) 3)或 乙酸鎵(Ga(CH3C02)3)與乙酸釔水合物(Y(CH3C02)3 xH20)和氯化銻(SbCl5)溶于異丙醇 中，且以Y、Yb和Sb或Y、Ga和Sb以所述分子式的原子比，利用上述前驅體按照分段式溶 膠-凝膠制備方法，制備混合氧化物，然后在200士30°C烘干3士 1小時，壓制成片，放入高 溫燒結爐中燒制，升溫條件如下a.由20°C升溫至400°C，升溫時間為40士 10min;b.在 400°C保溫 40士 lOmin ；c.由 400°C升溫至 730°C，升溫時間為 40士 lOmin ；d.在 730°C保溫 480-800min ；e.由 730°C升溫至 1050士30°C，升溫時間為 20士 lOmin ；f.在 1050士30°C保溫 2200士400min，爐冷。粉末壓片經(jīng)最高溫度1050士30°C保溫2200士400min后隨爐冷卻，取 出粉末壓片粉碎至粒徑為0. 04-0. 20微米，最終制備成功純凈的Y3_xYbxSb07(0. 5≤x≤1) 和Y3_xGaxSb07(0. 5≤x≤1)粉末光催化材料。本發(fā)明的有益效果是通過物理方法或溶膠_凝膠方法成功制備了粉末催 化材料Y3_xYbxSb07(0. 5≤x≤1)和Y3_xGaxSb07(0. 5≤x≤1)，同時制備了新型“磁 性顆粒核-光催化劑殼”結構的Y-Fe203 (鐵磁性顆粒核)-Y3_xYbxSb07(0.5≤x≤1) (光催化劑殼)、Y "Fe203 (鐵磁性顆粒核)_Y3_xGaxSb07 (0. 5≤x≤1)(光催化劑殼)、 Si02 (順磁性顆粒核)_Y3_xYbxSb07 (0. 5≤x≤1)(光催化劑殼)、Si02 (順磁性顆粒 核)-Y3_xGaxSb07(0. 5 ≤ x ≤ 1)、MnO(反鐵磁性顆粒核)_Y3_xYbxSb07(0. 5 ≤ x ≤ 1)(光催 化劑殼)、MnO(反鐵磁性顆粒核)-Y3_xGaxSb07(0. 5 ^ x ^ 1)(光催化劑殼)。并對其進行 了一系列表征，研究了上述新型光催化材料在可見光或紫外光照射下降解被污染水體中有 機污染物的效率及降解機理，研究在可見光或紫外光照射下分解水制取氫氣的效率和光學 活性，通過磁場-光催化反應系統(tǒng)，促進了復合磁性光催化材料在有機物廢水中的梯度分 布，同時也促進了磁性復合光催化材料的均勻分布，進而促進了光源和有機污染物的充分 接觸，極大地提高了有機污染物的降解效率。


圖 1A 為 Y2YbSb07 的 XRD 圖譜，圖 1B.為 Y2GaSb07 的 XRD 圖譜。圖2為Y2YbSb07的實測XRD數(shù)據(jù)與模擬XRD數(shù)據(jù)的Rietveld軟件結構精修圖譜 (-:XRD實驗數(shù)據(jù)；...:XRD模擬數(shù)據(jù)；一:XRD實驗數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)的差值；| 觀測到的 反射位置)。圖3為Y2GaSb07的實測XRD數(shù)據(jù)與模擬XRD數(shù)據(jù)的Rietveld軟件結構精修圖譜 (-:XRD實驗數(shù)據(jù)；...:XRD模擬數(shù)據(jù)；一:XRD實驗數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)的差值；| 觀測到的 反射位置)。圖4為Y2YbSb07和Y2GaSb07的漫反射吸收圖譜。圖 5 為針對 Y2YbSb07 和 Y2GaSb07, ( a hv)2 禾口 hv 關系圖譜。圖6為可見光照射下，以Y2YbSb07和Y2GaSb07為催化劑降解羅丹明B所獲得的吸 光度與入射光波長關系圖譜。圖7為在可見光照射下，以Y2YbSb07和Y2GaSb07為催化劑降解羅丹明B所獲得的 羅丹明B濃度和入射光照射時間關系圖譜。圖8為可見光照射下以Y2YbSb07和Y2GaSb07為催化劑降解羅丹明B所獲得的一級 動力學曲線。
圖9為可見光照射下，以Y2YbSb07和Y2GaSb07為催化劑降解羅丹明B所獲得的C02產(chǎn)率。圖10為可見光照射下，以Y2YbSb07和Y2GaSb07為催化劑降解羅丹明B時，總有機 碳T0C與入射光照射時間關系圖譜。圖11為Y2YbSb07和Y2GaSb07的能帶結構圖。
具體實施例方式粉末催化材料Y3_xYbxSb07 (0. 5≤x≤1)和Y3_xGaxSb07 (0. 5≤x≤1)；此外，新型 “磁性顆粒核_光催化劑殼”結構的、_Fe203 (鐵磁性顆粒核)-Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1) (光催化劑殼)、Y "Fe203 (鐵磁性顆粒核)_Y3_xGaxSb07 (0. 5≤x≤1)(光催化劑殼)、 Si02 (順磁性顆粒核)_Y3_xYbxSb07 (0. 5彡x彡1)(光催化劑殼)、Si02 (順磁性顆粒 核)-Y3_xGaxSb07(0. 5 ≤x ≤ 1)、MnO (反鐵磁性顆粒核)_Y3_xYbxSb07 (0. 5 ≤ x ≤ 1)(光催化 劑殼)、MnO (反鐵磁性顆粒核)-Y3_xGaxSb07 (0. 5 ≤ x ≤ 1)(光催化劑殼)。(1)制備能夠在可見光波段或紫外光波段響應的新型光催化 劑 Y3_xYbxSb07(0. 5 ≤ x ≤1)、Y3_xGaxSb07(0. 5≤ x ≤ 1)；制備能夠在 可見光波段或紫外光波段響應的新型“磁性顆粒核-光催化劑殼”結構 的Y-Fe203(鐵磁性顆粒核)-Y3_xYbxSb07(0.5≤x≤1)(光催化劑殼)、 Y-Fe203 (鐵磁性顆粒核)-Y3_xGaxSb07(0. 5≤x≤1)(光催化劑殼)、Si02(順 磁性顆粒核)_Y3_xYbxSb07(0. 5≤x≤1)(光催化劑殼)、Si02(順磁性顆粒 核)-Y3_xGaxSb07(0. 5≤ x ≤ 1)、MnO (反鐵磁性顆粒核)_Y3_xYbxSb07 (0. 5≤ x ≤ 1)(光催化 劑殼)、MnO (反鐵磁性顆粒核)-Y3_xGaxSb07(0.≤x≤1)(光催化劑殼)。采用紫外-可 見分光光度計和紫外_可見漫反射光譜儀對上述制備的新型催化劑在可見光(或紫外光) 照射下產(chǎn)生的吸收譜進行了測定，表征了其光吸收性質。測定了上述新型催化劑X射線光 電子能譜(XPS)，探討了上述新型催化劑表面的電子層結構特征及在磁場作用下催化劑晶 體內電子和空穴的輸運機制，分析了磁性顆粒表面負載的催化劑各微區(qū)元素組成，并結合 理論計算結果分析了上述新型催化劑的能級結構及電子態(tài)密度。(2)采用X射線衍射儀(XRD)對上述新型催化劑進行了物相分析；采用透射電鏡 (TEM)分析了上述新型催化劑的微觀結構特征；利用掃描電鏡(SEM)對上述新型催化劑進 行了組織形貌分析，并結合掃描電鏡能譜(SEM-EDS)和X射線光電子能譜(XPS)測定了它 們的成分組成，揭示了新型催化劑表面的電子層結構特征。深層次揭示了新型光催化劑的 微觀結構對光催化降解有機污染物效率的影響規(guī)律。在可見光(或紫外光)照射下降解水體內染料、阿特拉津或五氯苯酚等難降解有 機污染物的過程中，通過液相色譜/質譜(LC/MS)聯(lián)用儀及離子色譜儀，測試跟蹤了降解上 述有機污染物過程中的中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物，獲得了在新型核-殼磁性復合催化劑顆粒作 用下，在可見光(或紫外光)照射下降解水體內多種有機污染物的可能途徑，揭示了水體內 染料、阿特拉津或五氯苯酚等有機污染物的降解機制。采用單波長可見光(或紫外光)照射水體內染料、阿特拉津或五氯苯酚等有機污 染物，通過試驗研究結果及理論計算成功推導出參與光催化降解反應的光生電荷(光生電 子或者光生空穴)數(shù)量，進而推導出參與反應的可見光(或紫外光)光子數(shù)，結合計算出的入射光總光子數(shù)，最終得出在單波長可見光(或紫外光)作用下降解水體中染料、阿特拉津 或五氯苯酚等有機污染物的光量子效率。
表lY2YbSb07的原子結構參數(shù)
具體實施例方式1.粉末催化材料Y3_xYbxSb07 (0. 5彡x彡1)和Y3_xGaxSb07 (0. 5彡x彡1)的制備工 藝路線如下(1)粉末催化材料Y3_xYbxSb07 (0. 5彡x彡1)的制備采用高溫固相燒結的方法制 備Y3_xYbxSb07 (0. 5彡x彡1)光催化粉末材料。以純度為99. 99%的Y203、Yb203和Sb205為原 材料，將Y、Yb、Sb以所述分子式的原子比的Y203、Yb203和Sb205充分混合，然后在球磨機中 研磨，粉末的粒徑達到1.4-1. 8微米，在200士40°C烘干4士 1小時，壓制成片，放入高溫燒結 爐中燒制。將爐溫升至700士20°C，保溫8士2小時后隨爐冷卻，將粉末壓片取出粉碎至粒徑 為1. 3-1. 6微米，再將這些粉末壓制成片，放入高溫燒結爐中燒結，最高爐溫為730士20°C， 保溫6士 1小時后隨爐冷卻，將粉末壓片取出粉碎至粒徑為1. 2-1. 5微米，再將這些粉末壓 制成片，放入高溫燒結爐中燒結，升溫條件如下a.由 20°C 升溫至 400°C，升溫時間為 40 士 lOmin ;b.在 400°C 保溫 40 士 lOmin ； c.由 400°C升溫至 730°C，升溫時間為 40士 lOmin ;d.在 730°C保溫 480_800min ;e.由 730°C 升溫至 1340士50°C，升溫時間為 50士 lOmin ；f.在 1340士50°C保溫 3800士400min，爐冷。粉末壓片經(jīng)最高溫度1340士50°C保溫3800士400min后隨爐冷卻，取出粉末壓片 粉碎至粒徑為0. 06-0. 32微米，最終制備成功純凈的Y3_xYbxSb07(0. 5 ^ x ^ 1)粉末光催化材料。(2)粉末催化材料Y3_xGaxSb07 (0. 5 ≤ x ≤1)的制備采用高溫固相燒結的方法制 備Y3_xGaxSb07 (0. 5≤x≤1)光催化粉末材料。以純度為99. 99%的Y203、Ga203和Sb205為原 材料，將Y、Ga、Sb以所述分子式的原子比的Y203、Ga203和Sb205充分混合，然后在球磨機中 研磨，粉末的粒徑達到1.4-1. 8微米，在200士40°C烘干4士 1小時，壓制成片，放入高溫燒結 爐中燒制。將爐溫升至700士20°C，保溫8士2小時后隨爐冷卻，將粉末壓片取出粉碎至粒徑 為1. 3-1. 6微米，再將這些粉末壓制成片，放入高溫燒結爐中燒結，最高爐溫為730士20°C， 保溫6士 1小時后隨爐冷卻，將粉末壓片取出粉碎至粒徑為1. 2-1. 5微米，再將這些粉末壓 制成片，放入高溫燒結爐中燒結，升溫條件如下a.由 20°C 升溫至 400°C，升溫時間為 40 士 lOmin ;b.在 400°C 保溫 40 士 lOmin ； c.由 400°C升溫至 730°C，升溫時間為 40士 lOmin ;d.在 730°C保溫 480_800min ;e.由 730°C 升溫至 1340士50°C，升溫時間為 50士 lOmin ；f.在 1340士50°C保溫 3900士400min，爐冷。粉末壓片經(jīng)最高溫度1340士50°C保溫3900士400min后隨爐冷卻，取出粉末壓片 粉碎至粒徑為0. 06-0. 31微米，最終制備成功純凈的Y3_xGaxSb07(0. 5 ≤x ≤ 1)粉末光催化 材料。(3)采用溶膠-凝膠法制備Y3_xYbxSb07(0.5≤x≤1)和Y3_xGaxSb07(0.5≤x≤1) 改變由Garz-Tovar et al采用的Sol-Gel方法，采用有機金屬前驅物，制備 Y3_xYbxSb07 (0. 5 ≤ x ≤1)和 Y3_xGaxSb07 (0. 5 ≤ x ≤1)。購買前驅體乙酸鐿(Yb (CH3C02) 3)、 乙酸鎵(Ga(CH3C02)3)、乙酸釔水合物(Y(CH3C02)3 xH20)、氯化銻(SbCl5)溶于異丙醇中， 利用上述前驅體按照分段式溶膠_凝膠制備方法，制備混合氧化物，然后在200士30°C烘干 3士 1小時，壓制成片，放入高溫燒結爐中燒制，升溫條件如下。a.由 20°C 升溫至 400°C，升溫時間為 40 士 lOmin ;b.在 400°C 保溫 40 士 lOmin ； c.由 400°C 升溫至 730 °C，升溫時間為 40 士 lOmin ;d.在 730 °C 保溫 480-800min ;e.由 730°C 升溫至 1050士30°C，升溫時間為 20士 lOmin ；f.在 1050士30°C保溫 2200士400min， 爐冷。粉末壓片經(jīng)最高溫度1050 士 30°C保溫2200 士 400min后隨爐冷卻，取出粉末壓 片粉碎至粒徑為0. 04-0. 20微米，最終制備成功純凈的Y3_xYbxSb07 (0. 5 ^ x ^ 1)和 Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1)粉末光催化材料。2. “磁性顆粒核_光催化劑殼”結構的磁性復合催化材料的制備工藝路線如下(1) y -Fe203 (鐵磁性顆粒核)_Y3_xYbxSb07 (0. 5≤x≤1)(光催化劑殼)和 Y "Fe203 (鐵磁性顆粒核)-Y3_xGaxSb07 (0. 5 ≤ x ≤ 1)(光催化劑殼)的制備采用脈沖激光濺射沉積的方法a.靶材制備通過上述固相燒結的方法制備Y3_xYbxSb07(0. 5≤x≤1)靶材和 Y3_xGaxSb07 (0. 5≤x≤1)靶材，靶材直徑為10mm，厚度為2mm ；b.選取襯底選用鐵磁性顆粒、-Fe203作為襯底；c.采用脈沖激光濺射沉積儀，激光主波長為248nm，激光功率密度為2 3J/ cm2,以氮氣為保護氣氛，氮氣和氧氣(純度為99. 99% )的壓力為8 lOPa，沉積室內 初始壓力為6X10_5Pa 2X10_3Pa，靶材至襯底的距離為3 7厘米，襯底的溫度為 300 700 °C,分別濺射 Y3_xYbxSb07(0. 5 ≤x ≤ 1)靶材和 Y3_xGaxSb07(0. 5 ≤ x ≤ 1)靴 材至Y-Fe203襯底表面，在Y_Fe203襯底上沉積厚度不同的膜，薄膜沉積時間為90 120分鐘，將上述兩種膜分別于氮氣或在氬氣中在1340士 10°C和1340士 10°C溫度下處理 60士 lOmin，使之晶化而得到所需的磁性復合催化材料y _Fe203-Y3_xYbxSb07 (0. 5彡x彡1) 和 y -Fe203-Y3_xGaxSb07 (0. 5 彡 x 彡 1)。采用多靶磁控濺射沉積的方法a.靶材制備準備純金屬Yb、Ga、Sb、Y金屬靶材，靶材直徑為5 6厘米；b.選取襯底選用鐵磁性顆粒、-Fe203作為襯底；c.采用多靶磁控濺射儀，濺射功率為60 200W，以氬氣為保護氣氛，氬氣和氧氣 (純度為99. 99%)的壓力為4 32mTorr，氧氣的流量比(02/(02+Ar))為30% 50%，沉積 室內初始壓力為3. 3 X 10_6Torr 1 X 10_5Torr，靶材至襯底的距離為4 15厘米，襯底的溫 度為0 400°C，薄膜沉積速率為1 2nm/min。在氧氣和氬氣的混合氣體中共濺射純金屬 Y、Yb和Sb靶材至、-Fe203襯底表面，在襯底上沉積形成Y3_xYbxSb07 (0. 5 ^ x ^ 1)膜層，將 此膜層于氮氣或氬氣中在1340 士 10°C處理60 士 lOmin ；使之晶化而得到所需的Y_Fe203 (鐵 磁性顆粒核)_Y3_xYbxSb07(0.5^x^l)(光催化劑殼)；在氧氣和氬氣的混合氣體中共濺射 純金屬Y、Ga和Sb靶材至、-Fe203襯底表面，在襯底上沉積形成Y3_xGaxSb07 (0. 5彡x彡1) 膜層，將此膜層于氮氣或氬氣中在1340 士 10°C處理60 士 lOmin;使之晶化而得到所需的 Y "Fe203 (鐵磁性顆粒核)-Y3_xGaxSb07 (0. 5 ^ x ^ 1)(光催化劑殼)。(2) Si02 (順磁性顆粒核)_Y3_xYbxSb07 (0. 5 ^ x ^ 1)(光催化劑殼)和 Si02 (順磁 性顆粒核)_Y3_xGaxSb07(0.光催化劑殼)的制備采用脈沖激光濺射沉積的方法a.靶材制備通過上述固相燒結的方法制備Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)靶材和 Y3_xGaxSb07 (0. 5彡x彡1)靶材，靶材直徑為10mm，厚度為2mm ；b.選取襯底選用順磁性顆粒Si02作為襯底；c.采用脈沖激光濺射沉積儀，激光主波長為248nm，激光功率密度為2 3J/cm2， 以氮氣為保護氣氛，氮氣和氧氣(純度為99. 99%)的壓力為8 lOPa，沉積室內初始壓力 為6 X 10__5Pa 2 X 10_3Pa，靶材至襯底的距離為3 7厘米，襯底的溫度為300 700°C，分 別濺射Y3_xYbxSb07 (0. 5彡x彡1)靶材和Y3_xGaxSb07 (0. 5彡x彡1)靶材至Si02襯底表面， 在Si02襯底上沉積厚度不同的膜，薄膜沉積時間為90 120分鐘，將上述兩種膜分別于氮 氣或在氬氣中在1340士 10°C和1340士 10°C溫度下處理60士 lOmin，使之晶化而得到所需的 磁性復合催化材料 Si02-Y3_xYbxSb07(0. 5 彡 x 彡 1)和 Si02-Y3_xGaxSb07(0. 5 彡 x 彡 1)。采用多靶磁控濺射沉積的方法a.靶材制備準備純金屬Yb、Ga、Sb、Y金屬靶材，靶材直徑為5 6厘米；b.選取襯底選用順磁性顆粒Si02作為襯底；c.采用多靶磁控濺射儀，濺射功率為60 200W，以氬氣為保護氣氛，氬氣和氧氣 (純度為99. 99%)的壓力為4 32mTorr，氧氣的流量比(02/(02+Ar))為30% 50%，沉 積室內初始壓力為3. 3 X 10_6Torr 1 X 10_5Torr，靶材至襯底的距離為4 15厘米，襯底的 溫度為0 400°C，薄膜沉積速率為1 2nm/min。在氧氣和氬氣的混合氣體中共濺射純金 屬Y、Yb和Sb靶材至Si02襯底表面，在襯底上沉積形成Y3_xYbxSb07(0. 5 ^ x ^ 1)膜層，將 此膜層于氮氣或氬氣中在1340士 10°C處理60士 lOmin ；使之晶化而得到所需的Si02 (順磁 性顆粒核)_Y3_xYbxSb07(0.5^x^l)(光催化劑殼)；在氧氣和氬氣的混合氣體中共濺射純金屬Y、Ga和Sb靶材至Si02襯底表面，在襯底上沉積形成Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1)膜層， 將此膜層于氮氣或氬氣中在1340士 10°C處理60士 lOmin ；使之晶化而得到所需的Si02 (順 磁性顆粒核)-Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1)(光催化劑殼)。 (3) MnO (反鐵磁性顆粒核)_Y3_xYbxSb07 (0. 5 ^ x ^ 1)(光催化劑殼)和MnO (反鐵 磁性顆粒核)-Y3_xGaxSb07(0.光催化劑殼)的制備采用脈沖激光濺射沉積的方法a.靶材制備通過上述固相燒結的方法制備Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)靶材和 Y3_xGaxSb07 (0. 5彡x彡1)靶材，靶材直徑為10mm，厚度為2mm ；b.選取襯底選用反鐵磁性顆粒MnO作為襯底；c.采用脈沖激光濺射沉積儀，激光主波長為248nm，激光功率密度為2 3J/cm2， 以氮氣為保護氣氛，氮氣和氧氣(純度為99. 99%)的壓力為8 lOPa，沉積室內初始壓力 為6X 10_5Pa 2X 10_3Pa，靶材至襯底的距離為3 7厘米，襯底的溫度為300 700°C，分 別濺射Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)靶材和Y3_xGaxSb07 (0. 5彡x彡1)靶材至MnO襯底表面， 在MnO顆粒襯底上沉積厚度不同的膜，薄膜沉積時間為90 120分鐘，將上述兩種膜分別 于氮氣或在氬氣中在1340士 10°C和1340士 10°C溫度下處理60士 lOmin，使之晶化而得到所 需的磁性復合催化材料Mn0-Y3_xYbxSb07(0. 5彡x彡1)和Mn0_Y3_xGaxSb07 (0. 5彡x彡1)。采用多靶磁控濺射沉積的方法a.靶材制備準備純金屬Yb、Ga、Sb、Y金屬靶材，靶材直徑為5 6厘米；b.選取襯底選用反鐵磁性顆粒MnO作為襯底；c.采用多靶磁控濺射儀，濺射功率為60 200W，以氬氣為保護氣氛，氬氣和氧氣 (純度為99. 99%)的壓力為4 32mTorr，氧氣的流量比(02/(02+Ar))為30% 50%，沉積 室內初始壓力為3. 3 X 10_6Torr 1 X 10_5Torr，靶材至襯底的距離為4 15厘米，襯底的溫 度為0 400°C，薄膜沉積速率為1 2nm/min。在氧氣和氬氣的混合氣體中共濺射純金屬 Y、Yb和Sb靶材至MnO顆粒襯底表面，在襯底上沉積形成Y3_xYbxSb07 (0. 5 ^ x ^ 1)膜層，將 此膜層于氮氣或氬氣中在1340士 10°C處理60士 lOmin ；使之晶化而得到所需的MnO (反鐵 磁性顆粒核)_Y3_xYbxSb07(0.5^x^l)(光催化劑殼)；在氧氣和氬氣的混合氣體中共濺射 純金屬Y、Ga和Sb靶材至MnO襯底表面，在襯底上沉積形成Y3_xGaxSb07 (0. 5 ^ x ^ 1)膜層， 將此膜層于氮氣或氬氣中在1340士 10°C處理60士 lOmin ；使之晶化而得到所需的MnO (反鐵 磁性顆粒核)-Y3_xGaxSb07(0. 5彡x彡1)(光催化劑殼)。3.磁場-光催化反應系統(tǒng)的建立方法核-殼結構的催化材料的應用，通過磁場裝置和光催化材料構成的反應系統(tǒng)降解 廢水，磁場裝置是強度可調式交變磁場發(fā)生器，磁場強度選取0. 3 1T (特斯拉)，光源為 氙燈或高壓汞燈；采用Y_Fe203(鐵磁性顆粒核)-Y2YbSb07 (光催化劑殼)、Si02(順磁性 顆粒核)-Y2YbSb07 (光催化劑殼)和MnO(反鐵磁性顆粒核)_Y2YbSb07 (光催化劑殼)作 為催化劑，或采用Y -Fe203-Y2GaSb07、Si02_Y2GaSb07、Mn0_Y2GaSb07，上述三種磁性復合光 催化材料的體積百分比各占三分之一，上述三種磁性復合催化劑顆粒在水溶液中呈梯度分 布，并且可使其均勻分布在水溶液內上、中、下三層，采用截止濾光片(X > 420nm)，并同 時采用充氧曝氣。整個光照反應在密閉不透光的環(huán)境下進行。磁場強度亦可為0.05 1.5T(特斯拉)。光源為300W氙燈和400W高壓汞燈。選擇水中典型難降解有機物五氯酚Pentachlorophenol、染料和阿特拉津Atrazine作為目標降解物。通過磁場控制復合磁性顆粒在含有有機物的水溶液中呈梯度分布，利用不同磁性 (鐵磁性、順磁性和反鐵磁性)的磁性顆粒核包覆新型光催化劑，這些磁性復合催化材料在 定向磁場作用下可以促進同類磁性顆粒的混合，避免顆粒團聚，使其完全均勻地分散在水 溶液中從而使磁性復合催化材料均勻分布在水溶液內上、中、下三層。還可根據(jù)需要靈活施 加靜磁場與交變磁場，可以在很大的長度和成分范圍內方便地調整強磁性與弱磁性顆粒的 分布，進而使磁性顆粒表面包覆的光催化劑能夠與有機污染物及光源充分接觸，在可見光 (或紫外光)照射下有機污染物能夠被高效率地降解。核-殼結構催化材料的應用，還在于通過Y2YbSb07或Y2GaSb07粉末為催化劑，或分 別負載Pt，NiO和Ru02輔助催化劑，光源為氙燈或高壓汞燈，在密閉的由多個閥門控制的玻 璃管路內部照明反應器內進行分解水制取氫氣。4. Y2YbSb07 和 Y2GaSb07 的性能表征通過XRD、XPS結果得知Y2YbSb07和Y2GaSb07皆為單相，且實驗原始材料高度純凈， 無任何雜質相。通過X射線熒光光譜儀測定Y2YbSb07的平均原子摩爾百分比為Y Yb Sb 0 =2.00 0. 98 1. 01 6.97。用 Rietveld 軟件對 Y2YbSb07 的 XRD 結果進行結構精修， 結構精修因子RP值為RP = 10. 09%。Y2YbSb07的空間群為Fd_3m，結構為立方晶系，燒綠 石結構，晶胞參數(shù) a 為 10. 49977(8) A。Y2YbSb07 各衍射峰的(222)、(400)、(440)、(622)、 (444)、(800)、(662)、(840)、(844)等晶面指數(shù)被標定。Y2YbSb07中各個原子的空間原子位 置參數(shù)被確定(見表1)。采用紫外可見漫反射光譜儀對Y2YbSb07在光的照射下產(chǎn)生的特 征吸收邊進行測定，獲得Y2YbSb07的帶隙寬度為2. 521eV,獲得Y2YbSb07的能帶結構，導帶 由Y的4d軌道、Yb的4f軌道和Sb的5p軌道構成，價帶由0的2p軌道構成。通過X射線熒光光譜儀測定Y2GaSb07的平均原子摩爾百分比為Y Ga Sb 0 =2.00 0. 97 1.02 6.99。用 Rietveld 軟件對 Y2GaSb07 的 XRD 結果進行結構精修， 結構精修因子RP值為RP = 12.36%。Y2GaSb07的空間群為Fd-3m，結構為立方晶系，燒綠 石結構，晶胞參數(shù) a 為 10. 17981 (1) A。Y2GaSb07 各衍射峰的(222)、(400)、(440)、(622)、 (444)、(800)、(662)、(840)、(844)等晶面指數(shù)被標定。Y2GaSb07中各個原子的空間原子位 置參數(shù)被確定(見表2)。采用紫外可見漫反射光譜儀對￥26必1307在光的照射下產(chǎn)生的特 征吸收邊進行測定，獲得Y2GaSb07的帶隙寬度為3. 322eV,獲得Y2GaSb07的能帶結構，導帶 由Y的4d軌道、Ga的4p軌道和Sb的5p軌道構成，價帶由0的2p軌道構成。應用實例1.采用Y2GaSb07粉末降解廢水中的阿特拉津將Y2GaSb07粉末0. 8g，放入300mL阿特拉津水溶液中形成懸浮體系，阿特拉津水 溶液的初始濃度為0. lmmol廠1，初始pH值為7。選取300W的氙燈照射阿特拉津溶液，配上 截止濾光片(X > 420nm)。實驗過程中，用磁力攪拌器和充氧曝氣的方式維持催化劑粉末 呈懸浮狀態(tài)。整個光照反應在密閉不透光的環(huán)境下進行。經(jīng)400分鐘，阿特拉津的去除率 為92. 2%，光量子效率為0. 31%，總有機碳T0C的去除率(礦化率)達88. 3%。 2.采用Y2YbSb07粉末降解廢水中的阿特拉津 將Y2YbSb07粉末0. 8g，放入300mL阿特拉津水溶液中形成懸浮體系，阿特拉津水
12溶液的初始濃度為0. lmmol L—1，初始pH值為7。選取300W的氙燈照射阿特拉津溶液，配上 截止濾光片(X > 420nm)。實驗過程中，用磁力攪拌器和充氧曝氣的方式維持催化劑粉末 呈懸浮狀態(tài)。整個光照反應在密閉不透光的環(huán)境下進行。經(jīng)400分鐘，阿特拉津的去除率 為89. 3%，光量子效率為0. 29%，總有機碳T0C的去除率(礦化率)達86. 2%。3.采用Y2GaSb07粉末降解廢水中的五氯酚將Y2GaSb07粉末0. 8g，放入300mL五氯酚水溶液中形成懸浮體系，五氯酚水溶液 的初始濃度為0. lmmol廠1，初始pH值為7。選取300W的氙燈照射五氯酚溶液，配上截止濾 光片(X > 420nm)。實驗過程中，用磁力攪拌器和充氧曝氣的方式維持催化劑粉末呈懸浮 狀態(tài)。整個光照反應在密閉不透光的環(huán)境下進行。經(jīng)400分鐘，五氯酚的去除率為93.4%， 光量子效率為0. 33%，總有機碳T0C的去除率(礦化率)達89. 1 %。4.采用Y2YbSb07粉末降解廢水中的五氯酚將Y2YbSb07粉末0. 8g，放入300mL五氯酚水溶液中形成懸浮體系，五氯酚水溶液 的初始濃度為0. lmmol廠1，初始pH值為7。選取300W的氙燈照射五氯酚溶液，配上截止濾 光片(X > 420nm)。實驗過程中，用磁力攪拌器和充氧曝氣的方式維持催化劑粉末呈懸浮 狀態(tài)。整個光照反應在密閉不透光的環(huán)境下進行。經(jīng)400分鐘，五氯酚的去除率為91.2%， 光量子效率為0. 30%，總有機碳T0C的去除率(礦化率)達88.6%。5.采用Y_Fe203(鐵磁性顆粒核)-Y2GaSb07(光催化劑殼)、Si02(順磁性顆粒 核)-Y2GaSb07(光催化劑殼)和MnO(反鐵磁性顆粒核)-Y2GaSb07 (光催化劑殼)降解廢 水中的阿特拉津利用自制的磁場-光催化反應系統(tǒng)，通過磁場強度可調式交變磁場發(fā)生 器，磁場強度選取0. 3 0. 6T (特斯拉)。光源為300W氙燈。采用、-Fe203 (鐵磁性顆粒 核)-Y2GaSb07 (光催化劑殼)、Si02 (順磁性顆粒核)-Y2GaSb07 (光催化劑殼)和MnO (反鐵磁 性顆粒核)"Y2GaSb07 (光催化劑殼)作為催化劑，上述三種磁性復合光催化材料的體積百分 比各占三分之一，選擇水中典型難降解的阿特拉津作為目標降解物。當磁場強度為0. 3 0. 6特斯拉時，上述三種磁性復合催化劑顆粒在含有阿特拉津的水溶液中呈梯度分布，并且 可使其均勻分布在水溶液內上、中、下三層。此時選擇900mL阿特拉津水溶液，同時所有磁 性顆粒表面涂覆的Y2GaSb07重量接近2. 4g，阿特拉津水溶液的初始濃度為0. lmmol L—1，初 始PH值為7。選取300W的氙燈照射阿特拉津溶液，配上截止濾光片U > 420nm)。實驗過 程中，同樣采用充氧曝氣。整個光照反應在密閉不透光的環(huán)境下進行。最后靈活施加靜磁 場與交變磁場，可以使磁性顆粒表面包覆的光催化劑能夠與有機污染物及光源充分接觸， 在可見光照射400分鐘后，阿特拉津的去除率達到96. 8%，光量子效率為0. 33%，總有機碳 T0C的去除率(礦化率)達93.2%。6.采用Y_Fe203(鐵磁性顆粒核)-Y2YbSb07(光催化劑殼)、Si02(順磁性顆粒 核)-Y2YbSb07 (光催化劑殼)和MnO (反鐵磁性顆粒核)_Y2YbSb07 (光催化劑殼)降解廢水 中的阿特拉津利用自制的磁場_光催化反應系統(tǒng)，通過磁場強度可調式交變磁場發(fā)生器， 磁場強度選取0.3 0.6T(特斯拉)。光源為300W氙燈。采用Y_Fe203 (鐵磁性顆粒 核)-Y2YbSb07 (光催化劑殼)、Si02 (順磁性顆粒核)-Y2YbSb07 (光催化劑殼)和MnO (反鐵磁 性顆粒核)"Y2YbSb07 (光催化劑殼)作為催化劑，上述三種磁性復合光催化材料的體積百分 比各占三分之一，選擇水中典型難降解的阿特拉津作為目標降解物。當磁場強度為0. 3 0. 6特斯拉時，上述三種磁性復合催化劑顆粒在含有阿特拉津的水溶液中呈梯度分布，并且 可使其均勻分布在水溶液內上、中、下三層。此時選擇900mL阿特拉津水溶液，同時所有磁 性顆粒表面涂覆的Y2YbSb07重量接近2. 4g，阿特拉津水溶液的初始濃度為0. lmmol 初 始PH值為7。選取300W的氙燈照射阿特拉津溶液，配上截止濾光片U > 420nm)。實驗過 程中，同樣采用充氧曝氣。整個光照反應在密閉不透光的環(huán)境下進行。最后靈活施加靜磁 場與交變磁場，可以使磁性顆粒表面包覆的光催化劑能夠與有機污染物及光源充分接觸， 在可見光照射400分鐘后，阿特拉津的去除率達到93.5%，光量子效率為0.31%，總有機碳 T0C的去除率(礦化率)達90. 4%。7.采用Y_Fe203(鐵磁性顆粒核)-Y2GaSb07(光催化劑殼)、Si02(順磁性顆粒 核)-Y2GaSb07 (光催化劑殼)和MnO (反鐵磁性顆粒核)-Y2GaSb07 (光催化劑殼)降解廢水 中的五氯酚利用自制的磁場-光催化反應系統(tǒng)，通過磁場強度可調式交變磁場發(fā)生器， 磁場強度選取0.3 0.6T(特斯拉)。光源為300W氙燈。采用Y_Fe203 (鐵磁性顆粒 核)-Y2GaSb07 (光催化劑殼)、Si02 (順磁性顆粒核)-Y2GaSb07 (光催化劑殼)和MnO (反鐵 磁性顆粒核)-Y2GaSb07 (光催化劑殼)作為催化劑，上述三種磁性復合光催化材料的體積百 分比各占三分之一，選擇水中典型難降解的五氯酚作為目標降解物。當磁場強度為0. 3 0. 6特斯拉時，上述三種磁性復合催化劑顆粒在含有五氯酚的水溶液中呈梯度分布，并且可 使其均勻分布在水溶液內上、中、下三層。此時選擇900mL五氯酚水溶液，同時所有磁性顆 粒表面涂覆的Y2GaSb07重量接近2. 4g，五氯酚水溶液的初始濃度為0. lmmol 初始pH值 為7。選取300W的氙燈照射五氯酚溶液，配上截止濾光片(入> 420nm)。實驗過程中，同 樣采用充氧曝氣。整個光照反應在密閉不透光的環(huán)境下進行。最后靈活施加靜磁場與交變 磁場，可以使磁性顆粒表面包覆的光催化劑能夠與有機污染物及光源充分接觸，在可見光 照射400分鐘后，五氯酚的去除率達到96. 7%，光量子效率為0. 35%，總有機碳T0C的去除 率(礦化率)達93.4%。8.采用Y_Fe203(鐵磁性顆粒核)-Y2YbSb07(光催化劑殼)、Si02(順磁性顆粒 核)-Y2YbSb07 (光催化劑殼)和MnO (反鐵磁性顆粒核)_Y2YbSb07 (光催化劑殼)降解廢水 中的五氯酚利用自制的磁場-光催化反應系統(tǒng)，通過磁場強度可調式交變磁場發(fā)生器， 磁場強度選取0.3 0.6T(特斯拉)。光源為300W氙燈。采用Y_Fe203 (鐵磁性顆粒 核)-Y2YbSb07 (光催化劑殼)、Si02 (順磁性顆粒核)-Y2YbSb07 (光催化劑殼)和MnO (反鐵 磁性顆粒核)-Y2YbSb07 (光催化劑殼)作為催化劑，上述三種磁性復合光催化材料的體積百 分比各占三分之一，選擇水中典型難降解的五氯酚作為目標降解物。當磁場強度為0. 3 0. 6特斯拉時，上述三種磁性復合催化劑顆粒在含有五氯酚的水溶液中呈梯度分布，并且可 使其均勻分布在水溶液內上、中、下三層。此時選擇900mL五氯酚水溶液，同時所有磁性顆 粒表面涂覆的Y2YbSb07重量接近2. 4g，五氯酚水溶液的初始濃度為0. lmmol 初始pH值 為7。選取300W的氙燈照射五氯酚溶液，配上截止濾光片(入> 420nm)。實驗過程中，同 樣采用充氧曝氣。整個光照反應在密閉不透光的環(huán)境下進行。最后靈活施加靜磁場與交變 磁場，可以使磁性顆粒表面包覆的光催化劑能夠與有機污染物及光源充分接觸，在可見光 照射400分鐘后，五氯酚的去除率達到94. 3%，光量子效率為0. 32%，總有機碳T0C的去除率(礦化率)達91. 5%。9.采用Y2GaSb07分解水制取氫氣在密閉的由多個閥門控制的玻璃管路內部照明反應器內進行分解水制取氫氣實 驗，照射光源采用300W的氙燈(入射光通量為4. 513X10"6Einstein L、—1，420nm截止濾光 片)或400W(入射光通量為6. 013Xl(T6Einstein ！/、-1，390nm截止濾光片)的高壓汞燈， 在300mL純水中放入Y2GaSb07粉末0. 8g。溢出的氫氣產(chǎn)率采用帶有TCD的氣相色譜-質譜 聯(lián)用儀測定，該氣相色譜-質譜聯(lián)用儀和密閉環(huán)路內部照明反應器相連。在反應之前密閉 環(huán)路內部照明反應器內各種氣體被去除，氬氣被充入該反應器，直到反應器內的氧氣和氮 氣被完全去除。在氙燈照射下24小時后，氫氣的產(chǎn)量為762. 4微摩爾，氧氣的產(chǎn)量為378. 5 微摩爾；在高壓汞燈照射下24小時后，氫氣的產(chǎn)量為2148. 8微摩爾，氧氣的產(chǎn)量為1069.2 微摩爾。以Y2GaSb07粉末為催化劑，分別負載Pt，Ni0和Ru02輔助催化劑分解水制取 氫氣，入射光主波長為入=360nm，催化劑0. 8g，純水300mL，50mL CH30H，光源為400W 高壓汞燈，以0. 2wt% _Pt/Y2GaSb07為復合催化劑，24小時后氫氣的產(chǎn)量為5. 46mmol ； 以1. Owt % -Ni0/Y2GaSb07為復合催化劑，24小時后氫氣的產(chǎn)量為4. 12mmol ；以 1. Owt% -Ru02/Y2GaSb07為復合催化劑，24小時后氫氣的產(chǎn)量為3. 18mmol。10.采用Y2YbSb07分解水制取氫氣在密閉的由多個閥門控制的玻璃管路內部照明反應器內進行分解水制取氫氣實 驗，照射光源采用300W的氙燈(入射光通量為4. 513X10"6Einstein L、—1，420nm截止濾光 片)或400W(入射光通量為6. 013Xl(T6Einstein ！/、-1，390nm截止濾光片)的高壓汞燈， 在300mL純水中放入Y2YbSb07粉末0. 8g。溢出的氫氣產(chǎn)率采用帶有TCD的氣相色譜-質譜 聯(lián)用儀測定，該氣相色譜-質譜聯(lián)用儀和密閉環(huán)路內部照明反應器相連。在反應之前密閉 環(huán)路內部照明反應器內各種氣體被去除，氬氣被充入該反應器，直到反應器內的氧氣和氮 氣被完全去除。在氙燈照射下24小時后，氫氣的產(chǎn)量為658.6微摩爾，氧氣的產(chǎn)量為326. 1 微摩爾；在高壓汞燈照射下24小時后，氫氣的產(chǎn)量為1836. 5微摩爾，氧氣的產(chǎn)量為915. 8 微摩爾。以Y2YbSb07粉末為催化劑，分別負載Pt，NiO和Ru02輔助催化劑分解水制取 氫氣，入射光主波長為入=360nm，催化劑0. 8g，純水300mL，50mL CH30H，光源為400W 高壓汞燈，以0. 2wt% _Pt/Y2YbSb07*復合催化劑，24小時后氫氣的產(chǎn)量為4. 72mmol ； 以1. Owt % -Ni0/Y2YbSb07為復合催化劑，24小時后氫氣的產(chǎn)量為3. 89mmol ；以 1. 0wt% -Ru02/Y2YbSb07為復合催化劑，24小時后氫氣的產(chǎn)量為2. 63mmol。
權利要求
核-殼結構的催化材料，其特征是用如下結構式γ-Fe2O3-Y3-xYbxSbO7(0.5≤x≤1)、γ-Fe2O3-Y3-xGaxSbO7(0.5≤x≤1)、SiO2-Y3-xYbxSbO7(0.5≤x≤1)、SiO2-Y3-xGaxSbO7(0.5≤x≤1)、MnO-Y3-xYbxSbO7(0.5≤x≤1)或MnO-Y3-xGaxSbO7(0.5≤x≤1)，γ-Fe2O3、SiO2和MnO的粒徑為0.06-2微米，Y3-xYbxSbO7、Y3-xGaxSbO7包裹后粒徑為0.07-2.1微米。
2.催化材料，其特征是結構式Y3_xYbxSb07(0.5彡χ彡1)和Y3_xGaxSb07(0. 5彡χ彡1)， 上述粉末的粒徑為0. 04-0. 32微米。
3.核_殼結構的催化材料的應用，其特征是通過磁場裝置和光催化材料構成的反應系 統(tǒng)降解廢水，磁場裝置是強度可調式交變磁場發(fā)生器，磁場強度選取0. 3 0. 6Τ，光源為氙 燈或高壓汞燈；采用Y -Fe2O3-Y2YbSbO7,SiO2-Y2YbSbO7和MnO-Y2YbSbO7作為催化劑，或采用Y-Fe2O3-Y2GaSbO7, SiO2-Y2GaSbO7、MnO-Y2GaSbO7,上述三種磁性復合光催化材料的體積百分 比各占三分之一，上述三種磁性復合催化劑顆粒在水溶液中呈梯度分布，并且可使其均勻 分布在水溶液內上、中、下三層，采用截止濾光片，λ > 420nm，并同時采用充氧曝氣。整個 光照反應在密閉不透光的環(huán)境下進行。
4.核_殼結構的催化材料的應用，其特征是通過Y2YbSbO7或Y2GaSbO7粉末為催化劑， 或分別負載Pt，NiO和RuO2輔助催化劑，光源為氙燈或高壓汞燈，在密閉的由多個閥門控制 的玻璃管路內部照明反應器內進行分解水制取氫氣。
全文摘要
本發(fā)明核-殼結構的催化材料，用如下結構式γ-Fe2O3-Y3-xYbxSbO7(0.5≤x≤1)、γ-Fe2O3-Y3-xGaxSbO7(0.5≤x≤1)、SiO2-Y3-xYbxSbO7(0.5≤x≤1)、SiO2-Y3-xGaxSbO7(0.5≤x≤1)、MnO-Y3-xYbxSbO7(0.5≤x≤1)或MnO-Y3-xGaxSbO7(0.5≤x≤1)，γ-Fe2O3、SiO2和MnO的粒徑為0.06-2微米，Y3-xYbxSbO7、Y3-xGaxSbO7包裹后粒徑為0.07-2.1微米。催化材料為Y3-xYbxSbO7(0.5≤x≤1)和Y3-xGaxSbO7(0.5≤x≤1)。通過磁場裝置和光催化材料構成的反應系統(tǒng)降解廢水，磁場強度選取0.3～0.6T，光源為氙燈或高壓汞燈；采用三種核-殼結構的催化材料在水溶液中降解廢水。整個光照反應在密閉不透光的環(huán)境下進行。
文檔編號B01J23/644GK101850255SQ20101019578
公開日2010年10月6日 申請日期2010年6月9日 優(yōu)先權日2010年6月9日
發(fā)明者張玲燕, 欒景飛, 胡知田, 馬坤 申請人:南京大學