專利名稱：可見光響應的復合氧化物光催化劑Li₇Ti₅Nb_3-xTa_xO₂₁及制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種可見光響應的復合氧化物光催化劑Li7Ti5Nb3—xTax021及其制備方 法，屬于無機光催化材料領域。
背景技術：
環(huán)境污染是世界各國十分關注的問題，已經(jīng)導致了人們生活的飲用水源、工業(yè)水 源質量不斷下降，導致大氣污染不斷加劇，造成生態(tài)環(huán)境的不斷破壞，對人類的生存構成嚴 重威脅。為了解決這些問題，人們通過各種方法控制和治理環(huán)境污染。 從20世紀70年代末期，人們提出了利用光催化技術分解水中和大氣中的農(nóng)藥以 及惡臭物質等有機物。光催化反應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行氧化反應和還原反應，達到分解有害化學物 質、有機生物質和殺菌的目的。光催化技術降解環(huán)境污染物有望充分利用太陽能，而且這種 方法具有能耗低，反應條件溫和，操作方便，可減少二次污染等突出優(yōu)點，日益受到重視，具 有廣闊的應用前景。 近些年來，光催化劑的開發(fā)和利用已經(jīng)成為環(huán)境和能演領域的研究熱點之一。其 中，Ti02因其的高效、廉價、無毒、化學穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性好等特性而被廣泛研究，已經(jīng)利用 二氧化鈦對水中和大氣中的農(nóng)藥和惡臭物質等有機物進行分解。然而二氧化鈦的帶隙為 3. 2eV，對應的激發(fā)波長為387nm，只能吸收波長《400nm的紫外線。射入地表的太陽光，以 可見光區(qū)所占的能量比例最大 43%，而紫外光所占太陽光能量則不足5%，這大大限制 了 Ti02的應用。 為了在光催化反應中更有效的利用可見光，提高降解效率，國內(nèi)外的科研工作者 進行了大量研究，開發(fā)出一系列新型可見光響應的光催化劑。其中，鉍系復合氧化物光催 化劑如BiV04和Bi,Oe，在可見光下具有良好的催化活性；f丐鈦礦型或層狀f丐鈦礦型氧化物 具有較高的光催化活性，層狀鈣鈦礦型氧化物K4Nb017， A4TaxNb6—X017(A = K， Rb)等光量子效 率可達5-10%， Ni0作共催化劑的f丐鈦礦型氧化物光催化劑NaTa03光量子效率達28%， K2La2Ti01Q甚至可達30%。 目前報道的具有可見光響應的光催化劑種類仍很有限，所以研究和開發(fā)新的具有 可見光響應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的復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的復合氧化物光催化劑，其特征在于所述復合
氧化物光催化劑的化學組成式為Li7Ti5Nb3—;1^021，其中0《x《3。 上述可見光響應的復合氧化物光催化劑的制備方法，按以下步驟進行
1)將99. 9%分析純的化學原料Li2C03、Ti02、Nb205和Ta205，按Li7Ti5Nb3—xTax021化 學式稱量配料； 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，取出烘干，過200目篩； 3)將步驟(2)所得粉料在800 105(TC預燒，并保溫8_10h，自然冷卻至室溫，然 后通過球磨機等粉碎手段使粒子直徑變小，達到2 i！ m左右，即可得到復合氧化物光催化劑 Li7Ti5Nb3—;1^021粉末。 本發(fā)明制備方法簡單、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物質、有機生物質和殺菌的作用。
具體實施例方式下面將對本發(fā)明進行具體說明 1、為了得到本發(fā)明中所使用的復合氧化物，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組成化學計量比進行混合，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 是可以通過球磨機等粉碎手段使粒子直徑變小。 3、本發(fā)明的光催化實驗以甲基橙作為模擬有機污染物，其濃度為20mg/L;復合 氧化物光催化劑的加入量為lg/L ;光源使用300W的氙燈，反應槽使用硼硅酸玻璃制成的 器皿，通過濾波器得到波長大于420nm長波長的光，然后照射光催化劑；催化時間設定為 120min。 實施例 下面以具體的實際操作范例為基礎對本發(fā)明進行詳細說明。
實施例1 : 1)將99. 9%分析純的化學原料Li2C03、 Ti02和Nb205，按Li7Ti5Nb3021化學式稱量 配料。 2)將配好的化學原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨12h， 混合磨細，取出烘干，過200目篩。 3)將步驟(2)所得粉料在80(TC預燒，并保溫10h，自然冷卻至室溫，然后通過球磨 機粉碎使粒子直徑變小，達到2 ii m左右，即可得到復合氧化物光催化劑Li7Ti5Nb3021粉末。
所制備的光催化劑，在波長大于420nm的可見光照射下，120min對甲基橙去除率 達到98. 8% 。
實施例2 : 1)將99. 9%分析純的化學原料Li2C03、 Ti02、 Nb205和Ta205，按Li7Ti5Nb2.5Ta。.5021 化學式稱量配料。 2)將配好的化學原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨12h， 混合磨細，取出烘干，過200目篩。 3)將步驟(2)所得粉料在84(TC預燒，并保溫10h，自然冷卻至室溫，然后通過球磨機粉碎使粒子直徑變小，達到2 m左右，即可得到復合氧化物光催化劑Li7Ti5Nb2.5Ta。.5021 粉末。 所制備的光催化劑，在波長大于420nm的可見光照射下，120min對甲基橙去除率
達到98%。 實施例3 : 1)將99. 9%分析純的化學原料Li2C03、Ti02、Nb205和Ta205，按Li7Ti5Nb2Ta021化學 式稱量配料。 2)將配好的化學原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨12h， 混合磨細，取出烘干，過200目篩。 3)將步驟(2)所得粉料在90(TC預燒，并保溫9h，自然冷卻至室溫，然后通過球磨 機粉碎使粒子直徑變小，達到2 m左右，即可得到復合氧化物光催化劑Li7Ti5Nb2Ta021粉 末。 所制備的光催化劑，在波長大于420nm的可見光照射下，120min對甲基橙去除率 達到97. 6%。
實施例4 : 1)將99. 9%分析純的化學原料Li2C03、Ti02、Nb205和Ta205，按Li7Ti5NbTa2021化學 式稱量配料。 2)將配好的化學原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨12h， 混合磨細，取出烘干，過200目篩。 3)將步驟(2)所得粉料在98(TC預燒，并保溫8h，自然冷卻至室溫，然后通過球磨 機粉碎使粒子直徑變小，達到2 m左右，即可得到復合氧化物光催化劑Li7Ti5NbTa2021粉 末。 所制備的光催化劑，在波長大于420nm的可見光照射下，120min對甲基橙去除率 達到97. 1%。
實施例5 : 1)將99. 9%分析純的化學原料Li2C03、 Ti02和Ta205，按Li7Ti5Ta3021化學式稱量 配料。 2)將配好的化學原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨12h， 混合磨細，取出烘干，過200目篩。 3)將步驟(2)所得粉料在105(TC預燒，并保溫8h，自然冷卻至室溫，然后通過球磨 機粉碎使粒子直徑變小，達到2 m左右，即可得到復合氧化物光催化劑Li7Ti5Ta3021粉末。
所制備的光催化劑，在波長大于420nm的可見光照射下，120min對甲基橙去除率 達到96. 7%。 本發(fā)明決不限于以上實施例。具有與Nb相似結構與化學性質的元素如V、Sb等也 可以做出與本發(fā)明類似晶體結構與性能的光催化劑。各原料的工藝參數(shù)(如溫度、時間等) 的上下限、區(qū)間取值都能實現(xiàn)本發(fā)明，在此不一一列舉實施例。 以上發(fā)明實施例所制的光催化劑粉末可負載于多種基體表面上?；w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載于基體表面。
權利要求
一種可見光響應的復合氧化物光催化劑，其特征在于所述復合氧化物光催化劑的化學組成式為Li7Ti5Nb3-xTaxO21，其中0≤x≤3。
2. 如權利要求1所述的復合氧化物光催化劑的制備方法，其特征在于具體步驟為1) 將99. 9%分析純的化學原料Li2C03、Ti02、Nb205和Ta205，按Li7Ti5Nb3—xTax021化學式 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， 取出烘干，過200目篩；3) 將步驟(2)所得粉料在800 105(TC預燒，并保溫8-10h，自然冷卻至室溫，然后粉 碎使粒子直徑變小，達到2 i！ m左右，即可得到復合氧化物光催化劑Li7Ti5Nb3—xTax021粉末。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可見光響應的復合氧化物光催化劑Li7Ti5Nb3-xTaxO21及制備方法。1)將99.9％分析純的化學原料Li2CO3、TiO2、Nb2O5和Ta2O5，按Li7Ti5Nb3-xTaxO21化學式稱量配料；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，取出烘干，過200目篩；3)將步驟(2)所得粉料在800～1050℃預燒，并保溫8-10h，自然冷卻至室溫，然后粉碎使粒子直徑變小，達到2μm左右，即可得到復合氧化物光催化劑Li7Ti5Nb3-xTaxO21粉末。本發(fā)明制備方法簡單、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物質、有機生物質和殺菌的作用。
文檔編號B01J23/16GK101745379SQ201010045609
公開日2010年6月23日 申請日期2010年1月2日 優(yōu)先權日2010年1月2日
發(fā)明者方亮, 李純純, 胡長征 申請人:桂林理工大學