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      可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑InFeZn4O7及其制備方法

      文檔序號(hào):4946805閱讀:199來(lái)源:國(guó)知局
      可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑InFeZn4O7及其制備方法
      【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑InFeZn4O7及其制備方法。該光催化劑的化學(xué)組成式為InFeZn4O7。本發(fā)明還公開(kāi)了上述材料的制備方法。本發(fā)明得到的光催化劑具有光譜響應(yīng)范圍寬,光轉(zhuǎn)換效率高和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)在可見(jiàn)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;另外制備方法簡(jiǎn)單、合成溫度低,成本低,適合工業(yè)生產(chǎn)與應(yīng)用。
      【專(zhuān)利說(shuō)明】可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑lnFeZn407及其制備方法

      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本發(fā)明涉及一種可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑InFeZn4O7及其制備方法,屬于無(wú)機(jī)光催化材料領(lǐng)域。

      【背景技術(shù)】
      [0002]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(lái)越關(guān)注,解決能源短缺和環(huán)境污染問(wèn)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。
      [0003]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(T12),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(jiàn)光,這大大的限制了二氧化鈦光催化劑的使用。
      [0004]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(yáng)光作為光源是不可缺少的。照射向地表的太陽(yáng)光中波長(zhǎng)在500nm附近可見(jiàn)光的強(qiáng)度最大,波長(zhǎng)為400nnT750nm的可見(jiàn)光區(qū)的能量大約是太陽(yáng)光總能量的43%,所以為了高效的利用,鉍系光催化劑的開(kāi)發(fā)和研究已經(jīng)取得了一系列重大的成果,三價(jià)鉍的復(fù)合物如BiV04、Bi2MoO6, Bi2Mo2O9, Bi2Mo3O12和Bi2WO4被報(bào)道在可見(jiàn)光下具有良好的吸收。一系列鈮(鉭)酸鹽光催化劑由于具有較高的光催化活性而被廣泛研究。例如,鈮酸鹽光催化劑Pb3Nb4013、BiNb04和Bi2MNbO7 (M=AUGa,In,Y,稀土元素和Fe)等和鈮鉀復(fù)合氧化物光催化劑如KNb03、KNb3O8, K4Nb6O17和K6Nbia6O3tl等都具有較好的光催化性能,但是在可見(jiàn)光范圍內(nèi)其本征光催化效應(yīng)很弱或沒(méi)有活性。
      [0005]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(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑種類(lèi)仍很有限,仍存在著光轉(zhuǎn)換效率低、穩(wěn)定性差和光譜響應(yīng)范圍窄等問(wèn)題,所以研究和開(kāi)發(fā)新的具有可見(jiàn)光響應(yīng)的高效光催化劑是非常必要。


      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0006]本發(fā)明的目的是提供一種具有可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑InFeZn4O7及其制備方法。
      [0007]本發(fā)明涉及的具有可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑的化學(xué)組成式為:InFeZn4O715
      [0008]上述可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑的制備方法具體步驟為:
      (I)將99.9%分析純的化學(xué)原料ln203、Fe2O3和ZnO的原始粉末按InFeZn4O7的組成稱(chēng)量配料。
      [0009](2)將步驟(I)配好的原料混合,放入球磨罐中,加入氧化鋯球和蒸餾水,球磨8小時(shí),混合磨細(xì),取出烘干,過(guò)200目篩。
      [0010](3)將步驟(2)混合均勻的粉料在110(Γ1150?預(yù)燒,并保溫6小時(shí),自然冷卻至室溫,然后通過(guò)球磨機(jī)粉碎使顆粒平均直徑變小,低于2 μ m,即得到InFeZn4O7粉末。
      [0011]本發(fā)明得到的光催化劑的光譜響應(yīng)范圍寬,光轉(zhuǎn)換效率高和穩(wěn)定性好,在可見(jiàn)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;另外制備方法簡(jiǎn)單、合成溫度低,成本低,適合工業(yè)生產(chǎn)與應(yīng)用。

      【具體實(shí)施方式】
      [0012]下面將對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體說(shuō)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。
      [0013]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(guò)球磨機(jī)粉碎手段使粒子直徑變小。
      [0014]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 ;光催化劑InFeZn4O7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(guò)濾波器得到波長(zhǎng)大于420nm的光,然后照射光催化劑;催化時(shí)間設(shè)定為60分鐘。
      [0015]實(shí)施例1:
      (I)將99.9%分析純的化學(xué)原料ln203、Fe2O3和ZnO的原始粉末按InFeZn4O7的組成稱(chēng)量配料。
      [0016](2)將步驟(I)配好的原料混合,放入球磨罐中,加入氧化鋯球和蒸餾水,球磨8小時(shí),混合磨細(xì),取出烘干,過(guò)200目篩。
      [0017](3)將步驟(2)混合均勻的粉料在1100°C預(yù)燒,并保溫6小時(shí),自然冷卻至室溫,然后通過(guò)球磨機(jī)粉碎使顆粒平均直徑變小,低于2 μ m,即得到InFeZn4O7粉末。
      [0018]所制備的光催化劑,在波長(zhǎng)大于420nm的可見(jiàn)光照射下,60分鐘對(duì)甲基橙去除率達(dá)到98.1%。
      [0019]實(shí)施例2:
      (I)將99.9%分析純的化學(xué)原料ln203、Fe2O3和ZnO的原始粉末按InFeZn4O7的組成稱(chēng)量配料。
      [0020](2)將步驟(I)配好的原料混合,放入球磨罐中,加入氧化鋯球和蒸餾水,球磨8小時(shí),混合磨細(xì),取出烘干,過(guò)200目篩。
      [0021](3)將步驟(2)混合均勻的粉料在1130°C預(yù)燒,并保溫6小時(shí),自然冷卻至室溫,然后通過(guò)球磨機(jī)粉碎使顆粒平均直徑變小,低于2 μ m,即得到InFeZn4O7粉末。
      [0022]所制備的光催化劑,在波長(zhǎng)大于420nm的可見(jiàn)光照射下,60分鐘對(duì)甲基橙去除率達(dá)到99.0%。
      [0023]實(shí)施例3:
      (I)將99.9%分析純的化學(xué)原料ln203、Fe2O3和ZnO的原始粉末按InFeZn4O7的組成稱(chēng)量配料。
      [0024](2)將步驟(I)配好的原料混合,放入球磨罐中,加入氧化鋯球和蒸餾水,球磨8小時(shí),混合磨細(xì),取出烘干,過(guò)200目篩。
      [0025](3)將步驟(2)混合均勻的粉料在1150°C預(yù)燒,并保溫6小時(shí),自然冷卻至室溫,然后通過(guò)球磨機(jī)粉碎使顆粒平均直徑變小,低于2 μ m,即得到InFeZn4O7粉末。
      [0026]所制備的光催化劑,在波長(zhǎng)大于420nm的可見(jiàn)光照射下,60min對(duì)甲基橙去除率達(dá)到 98.2%ο
      [0027]本發(fā)明決不限于以上實(shí)施例。各溫度的上下限、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。
      [0028]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?;w可以是玻璃、陶瓷、活性炭或石英砂等,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】
      1.一種可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑,其特征在于,所述光催化劑的化學(xué)組成式為InFeZn4O70
      2.—種可見(jiàn)光響應(yīng)的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(xué)原料ln203、Fe2O3和ZnO的原始粉末按InFeZn4O7的組成稱(chēng)量配料; (2)將步驟(I)配好的原料混合,放入球磨罐中,加入氧化鋯球和蒸餾水,球磨8小時(shí),混合磨細(xì),取出烘干,過(guò)200目篩; (3)將步驟(2)混合均勻的粉料在110(Tll50°C預(yù)燒,并保溫6小時(shí),自然冷卻至室溫,然后通過(guò)球磨機(jī)粉碎使顆粒平均直徑低于2 μ m,即得到InFeZn4O7粉末。
      【文檔編號(hào)】B01J35/02GK104275187SQ201410573818
      【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
      【發(fā)明者】方亮, 方清, 孫宜華 申請(qǐng)人:三峽大學(xué)
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