可見光響應的鉍系復合氧化物光催化劑Bi_2-xR_xO₃及制備方法

專利名稱：可見光響應的鉍系復合氧化物光催化劑Bi_2-xR_xO₃及制備方法
技術領域：
本發明涉及一種可見光響應的鉍系復合氧化物光催化劑812_兒03及其制備 方法，屬于無機光催化材料領域。
技術背景環境污染是世界各國十分關注的問題，已經導致了人們生活的飲用水源、 工業水源質量不斷下降，導致大氣污染不斷加劇，造成生態環境的不斷破壞， 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 理環境污染。 '從20世紀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 藥以及惡臭物質等有機物，以及涂有光催化劑的固體表面的自我清潔等應用實 例。目前，使用的光催化劑主要為二氧化鈦，已經利用二氧化鈦對水中和大氣 中的農藥和惡臭物質等有機物進行分解，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出活性，只能在室內或者有紫外燈的地 方工作，幾乎不能利用可見光，這大大的限制了二氧化鈦光催化劑的使用。考慮到光催化劑在分解有害物質中的實用性，利用太陽光作為光源是不可 缺少的。照射向地表的太陽光中波長在500nm附近可見光的強度最大，波長為 400nm-750nm的可見光區的能量大約是太陽光總能量的43%，所以為了高效的利 用太陽光譜，尋找具有可見光響應的光催化劑引起了人們的重視。鉍系光催化 劑的開發和研究已經取得了一系列重大的成果，三價鉍的復合物，如BiV04和 Bi2W04被報道在可見光下具有良好的吸收，而五價鉍同樣也引起了廣泛的應用。目前報道的具有可見光響應的光催化劑種類仍4艮有限，所以研究和開發新 的具有可見光響應的高效光催化劑是非常必要。 發明內容本發明的目的是提供一種具有可見光響應的鉍系復合氧化物光催化劑以及 其制備方法。本發明提供的一種具有可見光響應的鉍系復合氧化物光催化劑，其化學組成 通式為Bi2—,R力3，其中R元素為La、 Nd、 Pr和Sm中的一種或兩種，0<x^0. 4。上述可見光響應的鉍系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Bi20> R203，按Bi2—xRx03化學式稱量配料， 其中R元素為La、 Nd、 Pr和Sm中的一種或兩種，(KxSO. 4;(2) 將步驟(1)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2-8h，混合磨細，取出烘干，過200目篩；(3) 將步驟(2)混合均勻的粉料在750-900。C預燒，并保溫6-8h，自然 冷卻至室溫，充分研磨，即可得到鉍系復合氧化物光催化劑BihRA粉末。本發明制備方法簡單、成本低，制備的光催化劑具有優良的催化性能,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。
具體實施方式
下面將對本發明進行具體說明1、 為了得到本發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、 本發明的光催化實驗以曱基橙作為模擬有機污染物，其濃度為20mg/L; 鉍系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亞，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1:(1) 將99. 9。/。分析純的化學原料Bi203、 La203，按BiL6La。.4(M匕學式稱量配料。(2) 將步驟(1)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2h，混合磨細，取出烘干，過200目篩。(3) 將步驟(2)混合均勻的粉料在900。C預燒，并保溫6h，自然冷卻至 室溫，充分研磨，即可得到鉍系復合氧化物光催化劑BiL6La。,403粉末。所制備的光催化劑，在波長大于420nm的可見光照射下，120min對曱基橙 去除率達到99%。， 實施例2:(1)將99. 9%分析純的化學原料Bi203、 Nd203，按BUd。.303化學式稱量配4(2) 將步驟(1)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8h，混合磨細，取出烘干，過200目篩。(3) 將步驟(2)混合均勻的粉料在870。C預燒，并保溫7h，自然冷卻至室溫，然后充分研磨，即可得到鉍系復合氧化物光催化劑Bii.7Nd。.303粉末。所制備的光催化劑，在波長大于420mn的可見光照射下，120min對曱基橙 去除率達到98%。實施例3:(1) 將99. 9%分析純的化學原料Bi203、 Pr203，按BiuPr。.203化學式稱量配料。(2) 將步驟(1)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6h，混合磨細，取出烘干，過200目篩。(3) 將步驟(2)混合均勻的粉料在850。C預燒，并保溫8h,自然冷卻至室溫，然后充分研磨，即可得到鉍系復合氧化物光催化劑BiL8Pr。,203粉末。所制備的光催化劑，在波長大于420nm的可見光照射下，120min對曱基橙 去除率達到97. 6%。實驗例4:(1) 將99. 9%分析純的化學原料Bi203、 Sm203，按BiL,sSra。.。5(M匕學式稱量配料。(2) 將步驟(1)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8h,混合磨細，取出烘干，過200目篩。(3) 將步驟(2)混合均勻的粉料在750。C預燒，并保溫8h，自然冷卻至 室溫，然后充分研磨，即可得到鉍系復合氧化物光催化劑Bi』Sm。.。503粉末。所制備的光催化劑，在波長大于420nm的可見光照射下，120min對曱基橙 去除率達到98. 1%。實施例5:(1)將99. 9。/。分析純的化學原料Bi203、 La203、 N線，按Bi'.7La。.Nd。.203化學 式稱量配料。(2) 將步驟(1)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6h,混合磨細，取出烘干，過200目篩。(3) 將步驟(2)混合均勻的粉料在840。C預燒，并保溫8h,自然冷卻至 室溫，然后充分研磨，即可得到鉍系復合氧化物光催化劑Bh.7La。Jd。.203粉末。所制備的光催化劑，在波長大于420nm的可見光照射下，120min對曱基橙 去除率達到98. 2%。實施例6:(1) 將99. 9%分析純的化學原料81203、 Pr203、 Sm203,按BiuPr(uSm。.i03化學 式稱量配料。(2) 將步驟(1)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8h，混合磨細，取出烘干，過200目篩。(3) 將步驟(2)混合均勻的敘、料在860。C預燒，并保溫8h,自然冷卻至 室溫，然后充分研磨，即可得到鉍系復合氧化物光催化劑Bh.8Pr。.iSm。.i03粉末。所制備的光催化劑，在波長大于420nm的可見光照射下，120min對曱基才登 去除率達到98. 5%。本發明決不限于以上實施例。具有與La, Pr， Sm, Nd等相似結構與化學性 質的元素如Eu， Y， Ce， Gd， Tb， Dy， Ho， Tm， Yb， Lu等也可以做出與本發明 類似晶體結構與性能的光催化劑。各原料的上下限、區間取值，以及工藝參數 (如溫度、時間、pH值等)的上下限、區間取值都能實現本發明，在此不—— 列舉實施例。以上發明實施例所制的光催化劑粉末可負栽于多種基體表面上。基體可以 是玻璃、陶瓷、活性炭、石英石少等，光催化劑可以以薄膜的形式負載于基體表 面。權利要求
1.一種可見光響應的鉍系復合氧化物光催化劑，其特征在于鉍系復合氧化物光催化劑的化學組成通式為Bi2-xRxO3，其中R元素為La、Nd、Pr和Sm中的一種或兩種，0＜x≤0.4。
2. 根據權利要求1所述的鉍系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Bi20> R203,按Bi2-xRx03化學式稱量配料， 其中R元素為La、 Nd、 Pr和Sm中的一種或兩種，0〈x^). 4;(2) 將步驟(1)配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水 乙醇，5求磨2-8h，混合磨細，取出烘干，過200目篩；(3) 將步驟(2)混合均勻的粉料在750-900。C預燒，并保溫6-8h，自然冷卻至室溫，充分研磨，即可得到鉍系復合氧化物光催化劑BihRx03粉末。
全文摘要
本發明公開了可見光響應的鉍系復合氧化物光催化劑Bi_2-xR_xO₃及制備方法。其化學組成通式為Bi_2-xR_xO₃，其中R元素為La、Nd、Pr和Sm中的一種或兩種，0＜x≤0.4。將99.9％分析純的化學原料Bi₂O₃和R₂O₃，按Bi_2-xR_xO₃化學式稱量配料，其中R元素為La、Nd、Pr和Sm中的一種或兩種，0＜x≤0.4；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2-8h，混合磨細，取出烘干，過200目篩；混合均勻的粉料在750-900℃預燒，并保溫6-8h，自然冷卻至室溫，然后充分研磨即可。本發明制備方法簡單、成本低，制備的光催化劑具有優良的催化性能，在可見光照射下具有分解有害化學物質的作用，且穩定性好。
文檔編號B01J23/10GK101670285SQ200910114400
公開日2010年3月17日 申請日期2009年9月16日 優先權日2009年9月16日
發明者劉潔群, 瑩 唐, 亮 方, 李純純 申請人:桂林理工大學