專利名稱：一種新型的碳酸鹽光催化劑及其制備方法
技術領域：
本發明涉及納米半導體光催化領域
背景技術：
隨著經濟社會的發展和人民生活水平的提高，日益嚴重的環境污染等威脅到人類 自身生存的問題已成為廣泛的公眾話題。高效廉價的治理環境污染，特別是大氣和水體污 染的新技術，正是目前世界各國科技重點支持項目之一并將在近十年內可能成為新的投資 熱點。工業廢水，廢氣處理，生活用水凈化，室內空氣處理等必將成為利國利民，同時帶來廣 泛經濟效益的新領域。目前處理工業廢水的方法主要有物理化學方法和生物法。常用的物 化技術有過濾沉淀浮選法，中和氧化法，石灰解析法，離子交換，吸附萃取等，但這些方法都 難以避免二次污染，產生大量難處理的污泥，并且再生費用昂貴。生物降解主要利用細菌對 可降解有機物的降解作用。但這種方法周期長，占地大，且對低濃度有機污水處理效率低。 空氣凈化處理方面如采用活性炭吸附，臭氧或紫外線殺菌，負離子凈化等大多尚處于概念 化的階段，能耗高，效率低下，易造成二次污染，無法真正安全高效，大規模的緩解人們居住 環境中的空氣污染問題。因此發展更為有效的環境凈化處理辦法是十分必要的。1972年日本科學家Fujishima A.等發現在紫外光輻照下的TiO2單晶電極上可以 分解水產生氫氣和氧氣，開辟了半導體光催化技術的新時代。隨后Carey等發現在紫外光 照射下，TiO2可使難降解的有機化合物多氯聯苯脫氯，光催化由此拓展到治理環境污染的 領域。至今，已發現3000多種難降解的有機化合物可以在紫外線的照射下通過光催化劑迅 速降解，特別是當環境中有機污染物濃度很高或用其他方法很難降解時，這種技術有著明 顯的優勢。作為一種高級氧化技術(AOPs)，光催化通過在光照下產生大量強氧化性的羥基 自由基與有機物發生降解反應，從而快速徹底的將其轉化為C02，H2O等無害的小分子。反 應基本無選擇性，不產生二次污染。由于它是一種物理-化學處理過程，反應條件溫和，通 常對溫度和壓力無要求，很容易加以控制，甚至可以降解10_9級的污染物，操作簡單易于管 理。目前，在光催化領域居主導地位的TiO2基光催化劑由于化學性質穩定，無毒環保并具有 優良的光催化性能，已有歐美國家嘗試用于水處理。只不過TW2只能利用占太陽光譜4% 的紫外光，且光催化量子產率不高( 4% )，因此探索新型的高效光催化劑，和發展第二代 可見光催化劑正是目前學界研究的重點。碳酸鹽是一種地殼中常見的礦物，自然界中分布較廣，已知礦物有80多種，占地 殼總重量的1.7%。探索碳酸鹽系的光催化劑，對降低光催化劑生產成本，提高穩定性和光 催化量子產率，發展新型的可見光催化劑都具有重大的意義。
發明內容
本發明涉及一類新的光催化劑——碳酸鹽光催化劑。目的在于探索碳酸鹽作為光 催化劑在太陽光的利用方面的作用，以期使用更為常見，廉價的材料，豐富工業選擇。碳酸 鹽經常在穩定性上比金屬氧化物更有優勢，自然界中存在大量的碳酸鹽，其中鎂系碳酸鹽為地球地殼中含量第二的金屬離子碳酸鹽，并在建筑等行業中廣泛使用，這使得碳酸鹽系 光催化劑生產和使用成本將極為低廉。而碳酸氧鉍同時具有一定的殺菌效果，作為世界公 認的綠色金屬，鉍不會對環境造成二次污染。可以預計，碳酸鹽光催化劑在綠色家居，節能 環保，室內空氣凈化，廢水處理等領域將具有廣闊的應用前景。本發明涉及碳酸氧鉍[Bi2O2 (C03)3]、堿式碳酸鎂[Mg5(CO3)4(OH)2]等的沉淀合成方 法。具體過程為將金屬鹽溶于酸，加入有機物絡合，然后加入碳酸鹽碳酸氫鹽或尿素溶液 或二氧化碳得到沉淀。沉淀物洗滌干燥得到產品。所用的反應物均為常見，廉價的工業原 料，過程方便快捷，設備簡單能耗低，能較容易的擴大為工業級生產。產品具有較優良的紫 外光催化性能。我們通過以上方法制備的碳酸氧鉍，其顆粒為片狀，比表面積為3m2/g。該材料在 256納米的紫外燈照射下，產品具有較優良的光催化性能。
圖1為室溫紫外光降解羅丹明B溶液的光催化活性。
具體實施例方式實例1 碳酸氧鉍(Bi2ACO3)的合成將一定量Bi (NO3)3 · 5H20溶于HNO3水溶液中形成澄清溶液，向上述澄清液中加入 等化學計量比的聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)，得到的溶液為渾黃色。同時將碳酸鈉溶于水中形 成澄清液，Bi (NO3)3與碳酸鈉摩爾比為1 1.5。然后，在不斷的磁力攪拌下將上述碳酸鈉 溶液逐滴滴入硝酸鉍溶液中，終點PH值為4-8，所得白色渾濁液攪拌lh，過濾洗滌若干次， 70-120度烘干得到碳酸氧鉍產品。實例2:堿式碳酸鎂(MgC03)4 · Mg (OH) 2 · 4H20)的合成將一定量MgCl2溶于水形成澄清液，向上述澄清液中加入等化學計量比的聚乙烯 基吡咯烷酮(PVP)，得到的溶液為渾黃色。然后不斷磁力攪拌下將碳酸氫鈉溶液滴入上述 MgCl2溶液中，MgCl2與碳酸氫鈉摩爾比為1 2，所得沉淀過濾洗滌，80-150度烘干得到堿 式碳酸鎂產品實例3:紫外光催化降解染料羅丹明B測試紫外光光催化在自制光反應器中進行。取IOOmg催化劑置于石英燒杯中，再加入 IOOmLlO-5羅丹明B溶液，在暗處攪拌0.證，然后置于IOW紫外汞燈照射下。每半小時取樣 離心分離，測定溶液中羅丹明B溶液表觀吸光度的變化。所得實驗結果顯示堿式碳酸鉍比 氧化鉍擁有更為優良的紫外光催化活性，而堿式碳酸鎂也具有一定的光催化活性。
權利要求
1.一種新型的碳酸鹽光催化劑，該催化劑為一種特殊的碳酸鹽納米顆粒，所得到的顆 粒為片狀，比表面積為3m2/g。
2.—種權利要求1的碳酸鹽光催化劑的合成方法，特征在于將金屬鹽溶于酸，加入有 機物進行絡合，再加入碳酸鹽、碳酸氫鹽、尿素或者二氧化碳可得到沉淀，沉淀物洗滌干燥 得到產品。
3.—種如權利要求1所述的碳酸鹽光催化劑的用途，其特征為該催化劑可用于空氣 凈化和廢水處理。
全文摘要
本發明提供了一種新型的碳酸鹽光催化劑及其制備方法，涉及半導體光催化領域。采用沉淀法，將金屬鹽溶解于水再加入碳酸鹽室溫沉淀即可得到產物。生產所用原料價格低廉，制備過程簡單，性能優良，所得催化劑可作為常用的工程材料組分因此在安裝和使用上具有極大的成本優勢。該發明的提出將為碳酸鹽作為光催化劑在綠色家居，室內空氣凈化，廢水處理，環保節能中的應用提供現實的途徑。
文檔編號B01J35/10GK102069003SQ201010115680
公開日2011年5月25日 申請日期2010年1月29日 優先權日2009年11月23日
發明者李廣社, 李莉萍, 黃磊 申請人:中國科學院福建物質結構研究所