專利名稱：可見光響應(yīng)的鉭酸鹽光催化劑LiMTa₃O₉及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可見光響應(yīng)的鉭酸鹽光催化劑LiMTa3O9及其制備方法，屬于無機(jī)光催化材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對于能源和生態(tài)環(huán)境越來越關(guān)注，解決能源短缺和環(huán)境污染問題是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、提高人民生活質(zhì)量和保障國家安全的迫切需要。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(TiO2)，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(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(zhì)中的實(shí)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(qiáng)度最大,波長為400nnT750nm的可見光區(qū)的能量大約是太陽光總能量的43%，所以為了高效的利用。最近幾十年來，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Pb3Nb4O13^BiNbO4和Bi2MNbO7 (M=Al、Ga，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。

雖然光催化研究 已進(jìn)行了若干年，但目前報(bào)道的具有可見光響應(yīng)的光催化劑種類仍很有限，仍存在著光轉(zhuǎn)換效率低、穩(wěn)定性差和光譜相應(yīng)范圍窄等問題，所以研究和開發(fā)新的具有可見光響應(yīng)的高效光催化劑是非常必要。我們對鉭酸鹽LiMTa3O9 (M=Mg、Zn或Co)進(jìn)行了光催化性能研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該類化合物具有優(yōu)異的可見光響應(yīng)的光催化性能。

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(yīng)的鉭酸鹽光催化劑LiMTa3O9及其制備方法。本發(fā)明涉及的具有可見光響應(yīng)的鉭酸鹽光催化劑的化學(xué)組成通式為:LiMTa3O9,其中M為Mg、Zn和Co中的一種。上述可見光響應(yīng)的鉭酸鹽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Li2C03、M0和Ta2O5,按LiMTa3O9化學(xué)式稱量配料，其中M為Mg、Zn和Co中的一種。(2)將步驟(I)配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨8小時(shí)，混合磨細(xì)，取出烘干，過200目篩。
(3)將步驟(2)混合均勻的粉料在100(Tl050°C預(yù)燒，并保溫6小時(shí)，自然冷卻至室溫，然后通過球磨機(jī)等粉碎手段使粒子直徑變小，低于2 μ m，即得到鉭酸鹽LiMTa3O9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(xué)物質(zhì)、有機(jī)生物質(zhì)和殺菌的作用。
具體實(shí)施例方式下面將對本發(fā)明進(jìn)行具體說明:
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。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(jī)等粉碎手段使粒子直徑變小。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 ;鉭酸鹽光催化劑LiMTa3O9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(shí)間設(shè)定為120分鐘。實(shí)施例1:1)將99.9%分析純的化學(xué)原料Li2CO3、MgO和Ta2O5,按LiMgTa3O9化學(xué)式稱量配料。2)將步驟(I)配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨8小時(shí)，混合磨細(xì)，取出烘干，過200目篩。3)將步驟(2)混合均勻的粉料在1050°C預(yù)燒，并保溫6小時(shí)，自然冷卻至室溫，然后通過球磨機(jī)等粉碎手段使粒子直徑變小，低于2 μ m,即得到鉭酸鹽LiMgTa3O9粉末。所制備的光催化劑，在波長大于420nm的可見光照射下，120分鐘對甲基橙去除率達(dá)到97.9%ο實(shí)施例2:1)將99.9%分析純的化學(xué)原料Li2C03、CoO和Ta2O5,按LiCoTa3O9化學(xué)式稱量配料。2)將步驟(I)配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨8小時(shí)，混合磨細(xì)，取出烘干，過200目篩。3)將步驟(2)混合均勻的粉料在1020°C預(yù)燒，并保溫6小時(shí)，自然冷卻至室溫，然后通過球磨機(jī)等粉碎手段使粒子直徑變小，低于2 μ m，即得到鉭酸鹽LiCoTa3O9粉末。所制備的光催化劑，在波長大于420nm的可見光照射下，120分鐘對甲基橙去除率達(dá)到98.1%。實(shí)施例3:
I)將99.9%分析純的化學(xué)原料Li2C03、ZnO和Ta2O5,按LiZnTa3O9化學(xué)式稱量配料。2)將步驟(I)配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨8小時(shí)，混合磨細(xì)，取出烘干，過200目篩。3)將步驟(2)混合均勻的粉料在1000°C預(yù)燒，并保溫6小時(shí)，自然冷卻至室溫，然后通過球磨機(jī)等粉碎手段使粒子直徑變小，低于2 μ m，即得到鉭酸鹽LiZnTa3O9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(dá)到99.3%ο本發(fā)明決不限于以上實(shí)施例。具有與Ta相似結(jié)構(gòu)與化學(xué)性質(zhì)的元素如Nb、和V等也可以做出與本發(fā)明類似晶體結(jié)構(gòu)與性能的光催化劑。各工藝參數(shù)(如溫度、時(shí)間等)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。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
1.一種鉭酸鹽作為可見光響應(yīng)的光催化劑的應(yīng)用，其特征在于所述鉭酸鹽的化學(xué)組成通式為:LiMTa3O9,其中M為Mg、Zn和Co中的一種； 所述鉭酸鹽的制備方法具體步驟為: (1)將99.9%分析純的化學(xué)原料Li2C03、M0和Ta2O5,按LiMTa3O9化學(xué)式稱量配料，其中M為Mg、Zn和Co中的一種； (2)將步驟(I)配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨8小時(shí)，混合磨細(xì)，取出烘干，過200目篩； (3)將步驟(2)混合均勻的粉料在100(Γ1050 預(yù)燒，并保溫6小時(shí)，自然冷卻至室溫，然后通過球磨機(jī)等粉碎手段使粒子直徑變小， 低于2 μ m，即得到鉭酸鹽LiMTa3O9粉末。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可見光響應(yīng)的鉭酸鹽光催化劑LiMTa3O9及其制備方法。該鉭酸鹽光催化劑的化學(xué)組成通式為LiMTa3O9,其中M為Mg、Zn和Co中的一種。本發(fā)明還公開了上述材料的制備方法。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(xué)物質(zhì)的作用，且穩(wěn)定性好，具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號B01J23/20GK103157458SQ20131010785
公開日2013年6月19日 申請日期2013年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月1日
發(fā)明者方亮, 鄧婧, 唐瑩 申請人:桂林理工大學(xué)