專利名稱：一種新型高活性硼酸銦光催化劑的制作方法
一種新型高活性硼酸銦光催化劑
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明發(fā)現(xiàn)和研制出一種“新型高活性硼酸銦光催化劑”，該催化劑具有優(yōu)異的光 催化性能，其光催化效率遠(yuǎn)超過純Ti02。本發(fā)明屬于光催化技術(shù)領(lǐng)域，主要應(yīng)用于環(huán)境凈化領(lǐng) 域，為利用光催化技術(shù)降解水和大氣中的污染物提供了一種新型高活性硼酸銦光催化劑。
背景技術(shù)：
當(dāng)今世界能源危機(jī)和環(huán)境惡化迫使人們尋找更清潔、可再生的新能源和治理環(huán)境 的新方法。近年來，對光催化材料的研究已經(jīng)取得很大進(jìn)展。Fujishima和Honda在1972 年發(fā)現(xiàn)二氧化鈦(Ti02)電極在近紫外光的作用下能使水在常溫下分解產(chǎn)生氫氣和氧氣，開 創(chuàng)了半導(dǎo)體多相光催化的研究。與其他催化劑相比，Ti02具有穩(wěn)定性較好和光催化效率相 對較高的特點，但是對于降解大氣和水中污染物，Ti02的光催化效率尚未達(dá)到實際應(yīng)用的 要求，仍然存在著光催化效率較低和環(huán)境凈化功效差等問題。硼酸銦(InB03)是一種性能優(yōu)異的寬禁帶半導(dǎo)體，禁帶寬度為3. 26eV,由于其良 好的物理和化學(xué)特性而被廣泛研究和應(yīng)用。摻雜稀土元素的硼酸銦具有很好的熒光特性， 如Eu3+摻雜InB03在陰極射線和紫外線激發(fā)下發(fā)射出紅色的熒光，衰減時間10ms，主要用 于電視機(jī)顯像管；Tb3+摻雜1他03在陰極射線和紫外線激發(fā)下發(fā)黃綠色熒光，發(fā)光主峰波長 550nm，衰減時間(10% ) 15ms，主要用作單色顯示管，如計算機(jī)終端顯示器。相關(guān)專利如陰 極射線管(申請?zhí)?5102041，荷蘭菲利浦光燈制造公司)；具有發(fā)光的原硼酸銦的陰極射 線管(申請?zhí)?6100953，已授權(quán)，荷蘭菲利浦光燈制造公司)。同時InB03也是一種光催化劑，在環(huán)境凈化領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。但是，目前 InB03在光催化降解大氣和水中污染物的研究工作尚未見報道。本發(fā)明在光催化降解大氣 和水中污染物的研究中發(fā)現(xiàn)，InB03具有優(yōu)異的光催化性能，并研制出“新型高活性硼酸銦 光催化劑”。該催化劑為六方晶系，具有分散性好、穩(wěn)定性強(qiáng)、光催化活性高等特點，其光催 化效率已超過純Ti02，該研究成果將為設(shè)計、制備新型高效光催化劑及其在環(huán)境凈化領(lǐng)域 的應(yīng)用開辟新的方向。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明以銦鹽、含硼化合物和堿性化合物為前驅(qū)體，添加稀釋劑，采用共沉淀法 制備高活性硼酸銦光催化劑。本發(fā)明的優(yōu)點在于發(fā)現(xiàn)和研制出一種“新型高活性硼酸銦 光催化劑”，該催化劑分散性好，穩(wěn)定性強(qiáng)，具有優(yōu)異的光催化性能，其光催化效率遠(yuǎn)超過純 Ti02。這是由于硼酸銦的禁帶寬度為3. 26eV，可以有效利用紫外光降解有機(jī)污染物分子，表 明硼酸銦光催化劑在降解有機(jī)物污染等環(huán)境凈化方面具有顯著功效，將為設(shè)計、制備新型 高效光催化劑及其在環(huán)境凈化領(lǐng)域的應(yīng)用開辟新的方向。

圖1實施例1、2、3的X射線衍射圖譜；
圖2實施例1、2、3的紫外光催化降解對氯苯酚曲線(與無光催化劑、純TiO2比 較)°以下結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步描述，并具體說明本發(fā)明的光催化 效果。
具體實施方式
本發(fā)明的具體制備方法如下①在常溫下，將一定量的銦鹽溶液加入稀釋劑，攪拌 15分鐘；稀釋劑與銦鹽溶液的體積比為2 1-10 1 ；②將一定量的含硼化合物加入上述 反應(yīng)體系，充分?jǐn)嚢?5分鐘使其完全溶解；銦鹽與含硼化合物的摩爾比為1 5-1 1 ； ③向體系加入一定量的堿性化合物溶液，銦鹽與堿性化合物的摩爾比為1 15-1 3； 在室溫下劇烈攪拌2-8小時，得到白色沉淀物，室溫下靜置1-5天；④將該沉淀物經(jīng) 700C -120°C烘干，研磨成粉末，在空氣氣氛中400°C -1100°C煅燒2. 0—5. 0小時；⑤用高 純水洗滌3-5次，經(jīng)70°C -12(TC烘干后再次研磨，即制得高活性硼酸銦光催化劑。以上制備過程中，所述銦鹽可以是氯化銦、硝酸銦或醋酸銦中的任何一種。所述含硼化合物可以為硼酸、硼砂、硼酸鈉、硼酸鉀、硼酸銨、偏硼酸、偏硼酸鈉、 偏硼酸鉀、四硼酸、四硼酸鈉或四硼酸鉀中的任何一種。所述堿性化合物可以是氫氧化鈉、氫氧化鉀或氨水中的任何一種。所述稀釋劑可以是高純水、甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、乙二醇、四丁醇中的任何一 種或幾種混合；優(yōu)選高純水和無水乙醇。光催化活性的評價方法以400W的Philips HPA 400/30S燈作為外照光源，輻射 波長為λ > 320nm ；催化劑用量為IOmg ；反應(yīng)器距光源15cm ；40mL濃度為50Χ1(Γ6πιΟ1/ L的對氯苯酚溶液作為目標(biāo)降解物；對氯苯酚溶液內(nèi)通O2量為6mL/min ；磁力攪拌保持體 系中溶液濃度和溫度平衡，風(fēng)扇風(fēng)冷保持反應(yīng)溫度在[(25士2) 0C ]；每隔15min取1. 5mL 反應(yīng)液離心分離，取上層清液，以4一氨基氨替吡啉作為顯色劑，用紫外一可見分光光度計 (UV-16PC，島津公司)測定對氯苯酚溶液濃度，標(biāo)定催化劑的光催化活性。為更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但是本發(fā) 明要求保護(hù)的范圍并不局限于實施例所表示的范圍。實施例1在常溫下，量取50mL高純水置于磁力攪拌器上攪拌，加入5mL氯化銦溶液 (5X10_3mOl)，攪拌15分鐘；將720mg硼酸(1. 16 XlO^mol)加入體系，充分?jǐn)嚢?5分鐘使 其完全溶解；加入3mL濃度為25%的氨水(4X10_2mol)；在室溫下劇烈攪拌4小時，得到白 色沉淀物，室溫下靜置1天；將該沉淀物放置在烘箱中100°C烘10小時以蒸發(fā)溶劑，用瑪瑙 研缽研磨成粉末，放入坩堝在馬弗爐450°C空氣氣氛中煅燒2. 5小時；用高純水洗滌3次， 經(jīng)100°C烘干后再次研磨，即得到高活性硼酸銦光催化劑Y1。該催化劑中，InBO3大量結(jié)晶 并呈六方晶系，平均粒徑為16. 2nm,比表面積為4. 8m2/g。用上述光催化活性評價方法，在 紫外光激發(fā)下，1小時后對氯苯酚的降解率為72%。實施例2在常溫下，量取50mL高純水置于磁力攪拌器上攪拌，加入5mL氯化銦溶液 (5X10_3mOl)，攪拌15分鐘；將720mg硼酸(1. 16 XlO^mol)加入體系，充分?jǐn)嚢?5分鐘使其完全溶解；加入15mL氫氧化鈉溶液(lmol/L)；在室溫下劇烈攪拌4小時，得到白色沉淀 物，室溫下靜置1天；將該沉淀物放置在烘箱中100°C烘10小時以蒸發(fā)溶劑，用瑪瑙研缽研 磨成粉末，放入坩堝在馬弗爐650°C空氣氣氛中煅燒2. 5小時；用高純水洗滌3次，經(jīng)100°C 烘干后再次研磨，即得到高活性硼酸銦光催化劑Y2。該催化劑中，InBO3大量結(jié)晶并呈六方 晶系，平均粒徑為47. 3nm,比表面積為3. 9m2/g。用上述光催化活性評價方法，在紫外光激 發(fā)下，1小時后對氯苯酚的降解率為67. 3%。實施例3 在常溫下，量取50mL高純水置于磁力攪拌器上攪拌，加入5mL氯化銦溶液 (5X10_3mOl)，攪拌15分鐘；將720mg硼酸(1. 16 XlO^mol)加入體系，充分?jǐn)嚢?5分鐘使 其完全溶解；加入15mL氫氧化鈉溶液(lmol/L)；在室溫下劇烈攪拌4小時，得到白色沉淀 物，室溫下靜置1天；將該沉淀物放置在烘箱中100°C烘10小時以蒸發(fā)溶劑，用瑪瑙研缽研 磨成粉末，放入坩堝在馬弗爐80(TC空氣氣氛中煅燒2. 5小時；用高純水洗滌3次，經(jīng)100°C 烘干后再次研磨，即得到高活性硼酸銦光催化劑Y3。該催化劑中，InBO3高度結(jié)晶并呈六方 晶系，平均粒徑為52. 8nm,比表面積為1. 0m2/g。用上述光催化活性評價方法，在紫外光激 發(fā)下，1小時后對氯苯酚的降解率為96%。而同比條件下，純TiO2對對氯苯酚的降解率為 66%。這表明InBO3光催化劑與純TiO2相比，隨著InBO3煅燒溫度的增加，有機(jī)污染物分子 被高效降解，大幅提高了 InBO3光催化劑的紫外光催化效率(比純TiO2的紫外光催化效率 提高了近0.5倍)。對比例1為進(jìn)行活性對比，在實施過程中制備了一個對比樣品純二氧化鈦(TiO2-Pure)。在 常溫下，量取40mL無水乙醇置于磁力攪拌器上攪拌；依次加入ImL鹽酸(分析純)和ImL 高純水并充分?jǐn)嚢?；緩慢滴?2mL濃度為98%的鈦酸四丁酯(3. 46X 10_2mol)，劇烈攪拌 4小時，室溫下靜置陳化1天，得到凝膠；將該凝膠放置在烘箱中100°C烘10小時以蒸發(fā)溶 齊U，用瑪瑙研缽研磨成粉末，放入坩堝在馬弗爐450°C空氣氣氛中煅燒2. 5小時，即得到納 米級的純TiO2光催化劑。該催化劑中，TiO2為銳鈦礦相，其比表面積為63. 8m2/g。用上述 光催化活性評價方法，在紫外光激發(fā)下，1小時后降解率為66%。
權(quán)利要求
本發(fā)明發(fā)現(xiàn)和研制出一種“新型高活性硼酸銦光催化劑”，其化學(xué)式為InBO3，其特征在于以銦鹽、含硼化合物和堿性化合物為前驅(qū)體、添加稀釋劑、采用共沉淀法制備的高活性硼酸銦光催化劑為六方晶系，具有分散性好、穩(wěn)定性強(qiáng)、光催化活性高等特點，其光催化效率已超過純TiO2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高活性硼酸銦光催化劑，其特征在于所述銦鹽可以是氯化 銦、硝酸銦或醋酸銦中的任何一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高活性硼酸銦光催化劑，其特征在于所述含硼化合物可以 是硼酸、硼砂、硼酸鈉、硼酸鉀、硼酸銨、偏硼酸、偏硼酸鈉、偏硼酸鉀、四硼酸、四硼酸鈉或四 硼酸鉀中的任何一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高活性硼酸銦光催化劑，其特征在于所述堿性化合物可以 是氫氧化鈉、氫氧化鉀或氨水中的任何一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高活性硼酸銦光催化劑，其特征在于所述稀釋劑可以是高 純水、甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、乙二醇、四丁醇中的任何一種或幾種混合；優(yōu)選高純水和無 水乙醇。
全文摘要
本發(fā)明發(fā)現(xiàn)和研制出一種“新型高活性硼酸銦光催化劑”，其化學(xué)式為InBO3。以銦鹽、含硼化合物和堿性化合物為前驅(qū)體、添加稀釋劑、采用共沉淀法制備的高活性硼酸銦光催化劑為六方晶系，具有分散性好、穩(wěn)定性強(qiáng)、光催化活性高等特點，其光催化效率遠(yuǎn)超過純TiO2。該研究成果將為設(shè)計、制備新型高效光催化劑及其在環(huán)境凈化領(lǐng)域的應(yīng)用開辟新的方向。
文檔編號B01J23/08GK101856611SQ20101019637
公開日2010年10月13日 申請日期2010年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月10日
發(fā)明者曹亞安, 王恩君, 袁繼翔 申請人:南開大學(xué)