專利名稱：核-殼結(jié)構(gòu)的鉺釓銻基復(fù)合磁性顆粒光催化劑、制備及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型光催化劑、制備及應(yīng)用，尤其粉末催化材料Gd3_xErxSb07(0.5彡x彡I)及“磁性顆粒核-光催化劑殼”結(jié)構(gòu)的
Y-Fe2O3-Gd3^xErxSbO7 (0.5 彡 x 彡 I)(光催化劑殼)、SiO2-Gd3^xErxSbO7 (0.5 彡 x 彡 I)、MnO-Gd3^xErxSbO7 (0.5彡x彡I)，制備工藝，經(jīng)光催化去除水體中的有機污染物的應(yīng)用，及光催化分解水制取氫氣的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟不斷發(fā)展，近年來水環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重。在水體環(huán)境中，難于生物降解的有機污染物的處理一直是水處理領(lǐng)域中的難點和熱點課題。難于生物降解的有機污染物對人體的健康有極大的危害，對生態(tài)環(huán)境擁有巨大的破壞作用，因此應(yīng)該尋找優(yōu)良的技術(shù)及工藝去除水體中的這類污染物。由于常規(guī)生化處理方法對這類物質(zhì)的去除效果差或基本無處·理效果，必須采用光催化高級氧化技術(shù)及新型光催化材料對其有針對性的去除。關(guān)于新型光催化材料的研究開發(fā)，逐年盛行起來。眾所周知，太陽光譜中紫外光能不到5%，而波長為400-750nm的可見光則占到近43%。如果利用光催化材料解決水體污染問題不能有效地利用可見光，則作為解決環(huán)境污染問題的光催化材料存在的意義會大大削弱。而且就環(huán)境凈化而言，對于沒有紫外光的室內(nèi)的應(yīng)用也將受到限制。此外，采用低廉的成本制備新型潔凈的能源氫氣也是目前的熱點課題?；诖耍瑸榱擞行У乩锰柟?，我們希望開發(fā)在可見光下具有光催化活性的光催化材料，從而解決迫在眉睫的水環(huán)境污染及能源緊缺問題。對于可見光響應(yīng)型環(huán)境光催化材料的開發(fā)，其主流之一是在紫外光照射下顯示高活性的TiO2中以摻雜異種金屬而使之具有可見光響應(yīng)的研究。另一個主流是探索帶隙寬度窄且在可見光區(qū)域具有吸收特性的非氧化物半導(dǎo)體。典型的有硫化鎘、硒化鎘等硫族金屬化合物及有機材料等。但這些材料由于在光照下生成的帶電空穴的作用而被氧化溶解，存在沒有穩(wěn)定的功能等問題。因此，希望研究開發(fā)在光照下其結(jié)構(gòu)和光電化學(xué)特性都穩(wěn)定的化合物作為光催化材料來降解水體內(nèi)污染物。利用這些粉末光催化材料和太陽能來降解水體內(nèi)有機污染物或分解有毒污染物的研究引起科學(xué)家們濃厚的興趣，就凈化被污染的水體環(huán)境而言，這些半導(dǎo)體氧化物光催化粉末材料在未來將扮演極其重要的角色。新型可見光響應(yīng)型光催化材料的基本設(shè)計思想是控制晶體結(jié)構(gòu)和電子態(tài)。其光催化原理是當(dāng)能量大于半導(dǎo)體禁帶寬度的光照射到半導(dǎo)體上時，半導(dǎo)體價帶上的電子吸收光能被激發(fā)到導(dǎo)帶上，因而在導(dǎo)帶上產(chǎn)生帶負(fù)電的高活性電子，在價帶上產(chǎn)生帶正電的空穴，形成光生電子和光生空穴對的氧化還原體系。溶解氧、水、電子及空穴發(fā)生作用，最終產(chǎn)生具有高度化學(xué)活性的羥基自由基，利用這種高度活性的羥基自由基可以氧化水中多種難降解有機物為0)2和水等小分子無機物；或者利用價帶內(nèi)具有強烈的氧化能力的光生空穴，可以把有機物迅速氧化分解為二氧化碳和水等無機物。從而可用于環(huán)境凈化及降解水體內(nèi)有機污染物。因此，為提高半導(dǎo)體氧化物薄膜材料降解水體有機污染物的效率，半導(dǎo)體氧化物薄膜材料的禁帶應(yīng)足夠窄，且太陽光照射后形成的光生電子和光生空穴對應(yīng)該不容易復(fù)
口 O日本從80年代即開始進行TiO2光催化材料應(yīng)用于水凈化處理的研究，但因為光催化氧化降解水體污染物是在光催化材料表面上進行的三維平面反應(yīng)，粉末狀的TiO2光催化粉末材料在水處理后很難從水中分離，回收重用困難。基于此，薄膜狀光催化材料的研究就顯得尤為重要，可避免被污染水體凈化過程中水的二次污染。而利用半導(dǎo)體氧化物薄膜光催化材料來降解水體內(nèi)有機污染物的研究卻鮮見報導(dǎo)。近年來，科學(xué)家們在新型可見光光催化材料的研究方面，取得了很多成果:采用Bi12GeO2tl粉末能有效降解甲基橙等有機物；采用Co304/BiV04可以降解苯酚；采用Ta3N5粒子可以降解亞甲基藍(lán)染料；采用Na2Ta2O6可以降解剛果紅染料；采用Bi2GaTaO7可以降解亞甲基藍(lán)染料；采用Fea9NiaiTaO4和可見光可以分解水制取氫氣。付希賢制備 的LaFeO3、LaFei_xCux03(x=0.02 , 0.05)具有較小的帶隙，可以有效利用可見光對水相中的有機物進行光催化降解。鄒志剛等人成功地合成了 CaBi2O4等新型光催化材料，利用CaBi2O4等新型光催化材料和可見光可以有效地降解水和空氣中的甲醛、乙醛、亞甲基藍(lán)和H2S等有害物。朱永法、趙進才等利用自制的新型材料(如Bi2WO6等)快速有效地降解了水相中羅丹明B，其效果較傳統(tǒng)方法有大幅度的提高。欒景飛課題組首次成功制備了 Ga2BiTaO7粉體光催化降解水體中亞甲基藍(lán)染料，140分鐘后亞甲基藍(lán)被完全降解。因此，擴大光催化材料的光響應(yīng)范圍是提高光催化量子效率的一個有效方法。另夕卜，采用新型可見光響應(yīng)型光催化材料，可以充分利用太陽光譜中43%的可見光，將水分解為氫氣和氧氣，進而獲得潔凈、無二次污染的氫能源，緩解石油和天然氣即將枯竭所帶來的能源危機。利用這些上述氫能源可以制備燃料電池用于電動汽車和電動自行車等交通工具的能源動力。目前所報道的可見光光催化材料多是粉未狀，在懸浮體系中有很好的光催化活性，此外，為了解決懸浮體系中粉末狀光催化材料的二次污染問題，急需制備核殼狀粉末狀光催化材料，目的旨在提高核殼狀粉末狀光催化材料的回收率，同時也保證核殼狀粉末狀光催化材料擁有高的光催化量子效率。綜上所述，采用新型的光催化材料，在可見光照射下，不但可以降解水體中的有機污染物，還能制備潔凈的氫能源，在一定程度上既解決了環(huán)境污染問題，也解決了能源危機。因此，因此開發(fā)新型光催化材料去除水體中的有機污染物或分解水制取氫氣不但能產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益，而且還能產(chǎn)生巨大的環(huán)境效益和社會效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是:提出一種粉末催化材料Gd3_xErxSb07 (0.5彡x彡I)及制備工藝路線及方法、性能表征及應(yīng)用。以及提出一種“磁性顆粒核-光催化劑殼”結(jié)構(gòu)的乂十⑷八鐵磁性顆粒核^^^叫⑴.5彡X彡I)(光催化劑殼)、SiO2 (順磁性顆粒核)-Gd3_xErxSb07 (0.5 ^ X ^ I)(光催化劑殼)、MnO (反鐵磁性顆粒核)-Gd3_xErxSb07 (光催化劑殼)制備工藝、性能表征及應(yīng)用。尤其是采用稀土 Er的氧化物材料具有更好的效果。本發(fā)明的技術(shù)方案是:粉末催化材料，如下述結(jié)構(gòu)式:Gd3_xErxSb07(0.5彡x彡I)，粉末的粒徑為0.04-0.32微米。核-殼結(jié)構(gòu)的催化材料Y -Fe2O3 (鐵磁性顆粒核)_Gd3_xErxSb07 (0.5彡x彡I)(光催化劑殼)、Si02(順磁性顆粒核)-Gd3_xErxSb07(0.5彡x彡I)(光催化劑殼)、MnO(反鐵磁性顆粒核)-Gd3^xErxSbO7 (0.5 ^ X ^ I)(光催化劑殼)。Y -Fe203> SiO2和MnO的粒徑為0.06-1微米，Gd3^xErxSbO7 (0.5彡x彡I)包裹核后粒徑為0.09-1.30微米。粉末催化材料或核-殼結(jié)構(gòu)光催化材料的應(yīng)用，通過Gd3_xErxSb07 (0.5彡x彡I)粉末為催化劑，或分別負(fù)載Pt、NiO或RuO2輔助催化劑(成本較低的方案是:添加20-30%質(zhì)量比的NiO或RuO2顆?；蚍勰┡cGd3_xErxSb07均勻混和)，光源為氙燈或高壓汞燈，在密閉的由多個閥門控制的玻璃管路內(nèi)部照明反應(yīng)器內(nèi)進行分解水制取氫氣或降解廢水。核-殼結(jié)構(gòu)的催化材料的應(yīng)用，通過磁場裝置和核-殼結(jié)構(gòu)光催化材料構(gòu)成的反應(yīng)系統(tǒng)降解廢水中的有機污染物達(dá)旦黃(C28H19N5Na2O6S4)、苯胺藍(lán)(C32H25N3Na2O9S3)、二氨基綠 B (C34H22N8Na2O10S2)、核固紅(C14H8NNaO7S)、麗春紅 S (C22H12N4Na4O13S4)、亞甲基蘭(C16H18ClN3S)等，磁場裝置是強度可調(diào)式交變磁場發(fā)生器，磁場強度選取0.5 5T(特斯拉)，光源為氙燈或高壓汞燈；采用核-殼結(jié)構(gòu)的催化材料Y-Fe2O3(鐵磁性顆粒核)-Gd3^xErxSbO7 (光催化劑殼)、SiO2 (順磁性顆粒核)-Gd3^xErxSbO7 (光催化劑殼)和MnO(反鐵磁性顆粒核)-Gd3_xErxSb07(光催化劑殼)作為催化劑，上述三種磁性復(fù)合光催化材料(成本較低且效果更好的方案是:添加20-30%質(zhì)量比的NiO或RuO2顆?；蚍勰┡cGd3_xErxSbO#^勻混和)的體積百分比各占體積比均為三分之一，上述三種磁性復(fù)合催化劑顆粒在水溶液中呈梯度分布，并且可使其均勻分布在水溶液內(nèi)上、中、下三層，采用截止濾光片(λ>420ηπι)，并同時采用充氧曝氣。整個光照反應(yīng)在密閉不透光的環(huán)境下進行。核-殼結(jié)構(gòu)的催化材料磁性顆粒核-Gd3_xErxSb07 (0.5 ^ x ^ I)的制備方法:采用靜電相互作用的方法制備核殼型復(fù)合微球:借助荷正電乙烯-丙烯酸橡膠AEM修飾的Gd3^xErxSbO7(0.5彡X彡I)與荷負(fù)電的鐵磁性顆粒Y -Fe2O3、順磁性顆粒SiO2或反鐵磁性顆粒MnO相互作用；采用微米級的粉末光催化材料Gd3_xErxSb07(0.5 ^ x ^ I),AEM(乙烯-丙烯酸橡膠)，納米鐵磁性顆粒Y -Fe203、順磁性顆粒SiO2或反鐵磁性顆粒MnO ;將為粉末光催化材料Gd3_xErxSb07質(zhì)量2_5倍的納米Y -Fe2O3、SiO2或MnO分別置于500-1000份質(zhì)量的水中攪拌，加入稀氨水1-8份，使納米Y -Fe203> SiO2或MnO荷負(fù)電，加入稀氨水 ，使氧化物表面吸附0!Γ而帶有負(fù)電荷。備用；取0.1g粉末光催化材料Gd3_xErxSb07 (0.5彡X彡I)，用AEM濃度2-9%w/w的乙醇溶液浸潰攪拌，使Gd3^xErxSbO7 (0.5彡X彡I)荷正電，再用上述配置的納米Y _Fe203、SiO2或MnO氨水混合溶液混和攪拌溶脹，使帶負(fù)電荷的納米Y -Fe2O3^SiO2或MnO通過靜電作用與荷正電的AEM修飾的 Gd3^xErxSbO7(0.5 < X < I)在 Gd3^xErxSbO7(0.5 ^ x ^ I)表面形成殼結(jié)構(gòu)，殼的厚度可根據(jù)加入的納米Y_Fe203、SiO2或MnO的量來決定，然后再依次用無水乙醇、去離子水反復(fù)洗滌，除去多余的AEM乙醇溶液和氨水溶液，室溫晾干，即得具有核殼結(jié)構(gòu)的催化材料磁性顆粒核-Gd3^xErxSbO7 (0.5 彡 X 彡 I)。本發(fā)明的有益效果是:通過采用靜電相互作用的方法制備核殼型復(fù)合微球成功制備粉末催化材料Gd3_xErxSb07(0.5 ^ I)，同時制備了新型“磁性顆粒核-光催化劑殼”結(jié)構(gòu)的Y -Fe2O3 (鐵磁性顆粒核)_Gd3_xErxSb07 (0.5 ^ x ^ I)(光催化劑殼)、Si02 (順磁性顆粒核)_Gd3_xErxSb07(0.5 彡 X 彡 I)、MnO (反鐵磁性顆粒核)_Gd3_xErxSb07 (0.5 彡 x 彡 I)(光催化劑殼)。并對其進行了一系列表征，研究了上述新型光催化材料在可見光或紫外光照射下降解被污染水體中有機污染物(包括達(dá)旦黃、苯胺藍(lán)、二氨基綠B、核固紅、麗春紅S、亞甲基蘭)的效率及降解機理，研究在可見光或紫外光照射下分解水制取氫氣的效率和光學(xué)活性，通過磁場-光催化反應(yīng)系統(tǒng)，促進了復(fù)合磁性光催化材料在有機物廢水中的梯度分布，同時也促進了磁性復(fù)合光催化材料的均勻分布，進而促進了光源和有機污染物的充分接觸，極大地提高了有機污染物的降解效率。本發(fā)明尤其是采用稀土 Er的氧化物材料具有更好的效果:最終有益效果是使上述有機污染物的去除率達(dá)到99.9% (輔助20-30%質(zhì)量比的NiO或RuO2),上述有機污染物總有機碳去除率達(dá)到99.5%。


圖1為本發(fā)明Gd2ErSbO7的透射電鏡圖譜。圖2為本發(fā)明Gd2ErSbO7的實測XRD圖譜。圖3為本發(fā)明Gd2ErSbO7的能帶結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式制備粉末催化材料Gd3_xErxSb07(0.5彡X彡I);此外，制備“磁性顆粒核-光催化劑殼”結(jié)構(gòu)的Y -Fe2O3 (鐵磁性顆粒核)_Gd3_xErxSb07 (0.5 ^ x ^ I)(光催化劑殼)、Si02 (順磁性顆粒核)-Gd3^xErxSbO7 (0.5 彡 X 彡 I)、MnO (反鐵磁性顆粒核)-Gd3^xErxSbO7 (0.5 彡 x 彡 I)(光催化劑殼)。(I)制備能夠在可見光波段或紫外光波段響應(yīng)的新型光催化劑Gd3_xErxSb07(0.5^x^ I);制備能夠在可見光波段或紫外光波段響應(yīng)的新型“磁性顆粒核-光催化劑殼”結(jié)構(gòu)的Y -Fe2O3 (鐵磁性顆粒核)-Gd3^xErxSbO7 (0.5彡x彡I)(光催化劑殼)、SiO2 (順磁性顆粒核)-Gd3^xErxSbO7 (0.5 < X < I)、MnO (反鐵磁性顆粒核)-Gd3_xErxSb07(0.5彡X彡I)(光催化劑殼)。采用紫外一可見分光光度計和紫外一可見漫反射光譜儀對上述制備的新型催化劑在可見光(或紫外光)照射下產(chǎn)生的吸收譜進行了測定，表征了其光吸收性質(zhì)。測定了上述`新型催化劑X射線光電子能譜(XPS)，探討了上述新型催化劑表面的電子層結(jié)構(gòu)特征及在磁場作用下催化劑晶體內(nèi)電子和空穴的輸運機制，分析了磁性顆粒表面負(fù)載的催化劑各微區(qū)元素組成，并結(jié)合理論計算結(jié)果分析了上述新型催化劑的能級結(jié)構(gòu)及電子態(tài)密度。(1-1)粉末催化材料Gd3_xErxSb07(0.5 ^ x ^ I)的制備:采用高溫固相燒結(jié)的方法制備Gd3^xErxSbO7 (0.5彡X彡I)光催化粉末材料；以純度為99.99%的Er2O3' Gd2O3和Sb2O5為原材料，將Er、Gd和Sb以所述分子式的原子比的Er203、Gd2O3和Sb2O5充分混合，然后在球磨機中研磨，粉末的粒徑達(dá)到1.3-1.7微米，在200±30°C烘干3± I小時，壓制成片，放入高溫?zé)Y(jié)爐中燒制。將爐溫升至700±30°C，保溫7±2小時后隨爐冷卻，將粉末壓片取出粉碎至粒徑為1.2-1.5微米，再將這些粉末壓制成片，放入高溫?zé)Y(jié)爐中燒結(jié)，最高爐溫為750±20°C，保溫7±1小時后隨爐冷卻，將粉末壓片取出粉碎至粒徑為1.2-1.4微米，再將這些粉末壓制成片，放入高溫?zé)Y(jié)爐中燒結(jié)，升溫條件如下:a.由 20°C 升溫至 400°C，升溫時間為 40±10min ;b.在 400°C 保溫 60±10min ;c.由 400°C升溫至 780°C，升溫時間為 60±10min ;d.在 780°C保溫 440_820min ;e.由 780°C升溫至 1320±10°C，升溫時間為 50± IOmin ；f.在 1320± 10°C保溫 4000±200min，爐冷。粉末壓片經(jīng)最高溫度1320±10°C保溫4000±200min后隨爐冷卻，取出粉末壓片粉碎至粒徑為0.04-0.32微米，最終制備成功純凈的Gd3_xErxSb07(0.5 ≤x ≤1)粉末光催化材料。( 1-2 )根據(jù)上述粉末催化材料進行核-殼結(jié)構(gòu)的催化材料磁性顆粒核-Gd3_xErxSb07(0.5 ≤x ≤1)的制備:米用靜電相互作用的方法制備核殼型復(fù)合微球:借助荷正電乙烯-丙烯酸橡膠AEM修飾的Gd3_xErxSb07 (0.5 ≤x ≤1)與荷負(fù)電的鐵磁性顆粒
Y -Fe2O3、順磁性顆粒SiO2或反鐵磁性顆粒MnO相互作用，制得具有核殼結(jié)構(gòu)的催化材料磁性顆粒核-Gd3^xErxSbO7 (0.5 ≤X ≤1)。材料:溶膠-凝膠法制備粉末光催化材料Gd3_xErxSb07(0.5 ≤x ≤1), AEM(乙烯-丙烯酸橡膠)，納米鐵磁性顆粒Y _Fe203、順磁性顆粒SiO2或反鐵磁性顆粒MnO。將一定量(質(zhì)量可根據(jù)要求制取的殼的厚度加入，一般是粉末光催化材料Gd3^xErxSbO7的2或5倍)納米Y -Fe203> SiO2或MnO置于IOOml水中攪拌，加入稀氨水2或8ml，使納米Y-Fe203、SiO2或MnO荷負(fù)電，備用；取0.1g粉末光催化材料Gd3^xErxSbO7(0.5 ≤X ≤1)，用一定濃度(2%w/w或9%w/w)的AEM乙醇溶液浸潰攪拌，使Gd3^xErxSbO7 (0.5≤X≤1)荷正電，再用上述配置的納米Y _Fe203、SiO2或MnO氨水混合溶液混和攪拌溶脹，使帶負(fù)電荷的納米Y -Fe2O3^SiO2或MnO通過靜電作用與荷正電的AEM修飾的 Gd3^xErxSbO7(0.5 ≤X ≤1)在 Gd3^xErxSbO7(0.5 ≤x ≤1)表面形成殼結(jié)構(gòu)，殼的厚度可根據(jù)加入的納米Y_Fe203、SiO2或MnO的量來決定，然后再依次用無水乙醇、去離子水反復(fù)洗滌，除去多余的AEM乙醇溶液和氨水溶液，室溫晾干，即得具有核殼結(jié)構(gòu)的催化材料磁性顆粒核-Gd3^xErxSbO7 (0.5 ≤X ≤1)。( 1-3)磁場-光催化反應(yīng)系統(tǒng)的建立方法核-殼結(jié)構(gòu)的催化材料的應(yīng)用，通過磁場裝置和光催化材料構(gòu)成的反應(yīng)系統(tǒng)降解廢水，磁場裝置是強度可調(diào)式交變磁場發(fā)生器，磁場強度選取0.3 5T (特斯拉)，光源為氙燈或高壓汞燈；采用Y -Fe2O3 (鐵磁性顆粒核)-Gd3^xErxSbO7 (0.5 ≤x ≤1)(光催化劑殼)、SiO2 (順磁性顆粒核)-Gd3_xErxSb07(0.5≤x≤1)(光催化劑殼)和MnO(反鐵磁性顆粒核)-Gd3^xErxSbO7 (0.5 ≤X ≤1)(光催化劑殼)作為催化劑，上述三種磁性復(fù)合光催化材料的體積百分比各占三分之一，上述三種磁性復(fù)合催化劑顆粒在水溶液中呈梯度分布，并且可使其均勻分布在水溶液內(nèi)上、中、下三層，采用截止濾光片(λ >420nm),并同時采用充氧曝氣。整個光照反應(yīng)在密閉不透光的環(huán)境下進行。磁場強度亦可為0.05 5T(特斯拉)。光源為300W氙燈和400W高壓汞燈。選擇水中典型難降解有機物達(dá)旦黃、苯胺藍(lán)、二氨基綠B、核固紅、麗春紅S、亞甲基蘭作為目標(biāo)降解物。通過磁場控制復(fù)合磁性顆粒在含有有機物的水溶液中呈梯度分布，利用不同磁性(鐵磁性、順磁性和反鐵磁性)的磁性顆粒核包覆新型光催化劑，這些磁性復(fù)合催化材料在定向磁場作用下可以促進同類磁性顆粒的混合，避免顆粒團聚，使其完全均勻地分散在水溶液中從而使磁性復(fù)合催化材料均勻分布在水溶液內(nèi)上、中、下三層。還可根據(jù)需要靈活施加靜磁場與交變磁場，可以在很大的空間和成分范圍內(nèi)方便地調(diào)整強磁性與弱磁性顆粒的分布，進而使磁性顆粒表面包覆的光催化劑能夠與有機污染物及光源充分接觸，在可見光(或紫外光)照射下有機污染物能夠被高效率地降解。核-殼結(jié)構(gòu)催化材料的應(yīng)用，還在于通過Gd2ErSbO7粉末為催化劑，或分別負(fù)載Pt, NiO和RuO2輔助催化劑，光源為氙燈或高壓汞燈，在密閉的由多個閥門控制的玻璃管路內(nèi)部照明反應(yīng)器內(nèi)進行分解水制取氫氣。較好的方案是:添加的20%或30%質(zhì)量比(與Gd3^xErxSbO7催化劑顆粒)的NiO或RuO2顆?；蚍勰┡cGd3_xErxSb07均勻混和。(2)采用X射線衍射儀(XRD)對上述本發(fā)明催化劑進行了物相分析；采用透射電鏡(TEM)分析了上述本發(fā)明催化劑的微觀結(jié)構(gòu)特征；利用掃描電鏡(SEM)對上述本發(fā)明催化劑進行了組織形貌分析，并結(jié)合掃描電鏡能譜(SEM-EDS)和X射線光電子能譜(XPS)測定了它們的成分組成，揭示了催化劑表面的電子層結(jié)構(gòu)特征。深層次揭示了新型光催化劑的微觀結(jié)構(gòu)對光催化降解有機污染物效率的影響規(guī)律。在可見光(或紫外光)照射下降解水體內(nèi)達(dá)旦黃、苯胺藍(lán)、二氨基綠B、核固紅、麗春紅S、亞甲基蘭等難降解有機污染物的過程中，通過液相色譜/質(zhì)譜(LC/MS)聯(lián)用儀及離子色譜儀，測試跟蹤了降解上述有機污染物過程中的中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物，獲得了在新型核一殼磁性復(fù)合催化劑顆粒作用下，在可見光(或紫外光)照射下降解水體內(nèi)多種有機污染物的可能途徑，揭示了水體內(nèi)達(dá)旦黃、苯胺藍(lán)、二氨基綠B、核固紅、麗春紅S、亞甲基蘭等有機污染物的降解機制。 采用單波長可見光(或紫外光)照射水體內(nèi)達(dá)旦黃、苯胺藍(lán)、二氨基綠B、核固紅、麗春紅S、亞甲基蘭等有機污染物，通過試驗研究結(jié)果及理論計算成功推導(dǎo)出參與光催化降解反應(yīng)的光生電荷(光生電 子或者光生空穴)數(shù)量，進而推導(dǎo)出參與反應(yīng)的可見光(或紫外光)光子數(shù)，結(jié)合計算出的入射光總光子數(shù)，最終得出在單波長可見光(或紫外光)作用下降解水體中達(dá)旦黃、苯胺藍(lán)、二氨基綠B、核固紅、麗春紅S、亞甲基蘭等有機污染物的光量子效率。表IGd2ErSbO7的原子結(jié)構(gòu)參數(shù)
權(quán)利要求
1.光催化催化材料，其特征是為如下述結(jié)構(gòu)式:Gd3_xErxSb07(0.5彡X彡I)，粒徑為0.04-0.32 微米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核-殼結(jié)構(gòu)的催化材料，其特征是Y-Fe2O3鐵磁性顆粒核-Gd3_xErxSb07(0.5 < X < I)(光催化劑殼)、Si02(順磁性顆粒核)-Gd3_xErxSb07(0.5 < X < I)(光催化劑殼)、MnO (反鐵磁性顆粒核)-Gd3_xErxSb07(0.5 彡 X 彡 I)(光催化劑殼)；Y -Fe203> SiO2 和 MnO 的粒徑為 0.06-1 微米，Gd3^xErxSbO7 (0.5 ^ X ^ I)包裹核后粒徑為 0.09-1.30 微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的粉末催化材料或核-殼結(jié)構(gòu)光催化材料的應(yīng)用，其特征是核-殼結(jié)構(gòu)的催化材料或分別負(fù)載Pt、NiO或RuO2輔助催化劑；輔助催化劑添加質(zhì)量比20-30%，光源為氙燈或高壓汞燈，在密閉的由多個閥門控制的玻璃管路內(nèi)部照明反應(yīng)器內(nèi)進行分解水制取氫氣或降解廢水。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的粉末催化材料或核-殼結(jié)構(gòu)光催化材料的應(yīng)用，其特征是核-殼結(jié)構(gòu)的催化材料的應(yīng)用，通過磁場裝置和核-殼結(jié)構(gòu)光催化材料構(gòu)成的反應(yīng)系統(tǒng)降解廢水中的有機污染物達(dá)旦黃(C28H19N5Na2O6S4)、苯胺藍(lán)(C32H25N3Na2O9S3)、二氨基綠B(C34H22N8Na2O10S2)、核固紅(C14H8NNaO7S)、麗春紅 S(C22H12N4Na4O13S4)、亞甲基蘭(C16H18ClN3S)等，磁場裝置是強度可調(diào)式交變磁場發(fā)生器，磁場強度選取0.5 5T (特斯拉)，光源為氙燈或高壓汞燈；采用核-殼結(jié)構(gòu)的催化材料Y -Fe2O3 (鐵磁性顆粒核)-Gd3_xErxSb07 (光催化劑殼)、SiO2 (順磁性顆粒核)-Gd3^xErxSbO7 (光催化劑殼)和MnO (反鐵磁性顆粒核)-Gd3_xErxSb07 (光催化劑殼)作為催化劑，上述三種磁性復(fù)合光催化材料或添加20-30%質(zhì)量比的NiO或RuO2顆?；蚍勰┡cGd3_xErxSb07均勻混和的體積百分比各占體積比均為三分之一，上述三種磁性復(fù)合催化劑顆粒在水溶液中呈梯度分布，并且可使其均勻分布在水溶液內(nèi)上、中、下三層，采用截止濾光片(λ>420ηπι)，并同時采用充氧曝氣；整個光照反應(yīng)在密閉不透光的環(huán)境下進行。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的核-殼結(jié)構(gòu)的催化材料磁性顆粒核-Gd3_xErxSb07(0.5 < x ^ I)的制備方法:采用靜電相互作用的方法制備核殼型復(fù)合微球:借助荷正電乙烯-丙烯酸橡膠AEM修飾的Gd3_xErxSb07(0.5彡x彡I)與荷負(fù)電的鐵磁性顆粒Y -Fe2O3^順磁性顆粒SiO2或反鐵磁性顆粒MnO相互作用；采用微米級的粉末光催化材料Gd3_xErxSb07 (0.5彡x彡I), AEM (乙烯-丙烯酸橡膠)，納米鐵磁性顆粒Y -Fe2O3^順磁性顆粒SiO2或反鐵磁性顆粒MnO ;將為粉末光催化材料Gd3^xErxSbO7質(zhì)量2-5倍的納米Y -Fe2O3、SiO2或MnO分別置于500-1000份質(zhì)量的水中攪拌，加入稀氨水1-8份，使納米Y -Fe203> SiO2或MnO荷負(fù)電，備用；取0.1g粉末光催化材料Gd3_xErxSb07(0.5彡X彡I)，用AEM濃度2-9%w/w的乙醇溶液浸潰攪拌，使Gd3^xErxSbO7 (0.5彡X彡I)荷正電，再用上述配置的納米Y _Fe203、SiO2或MnO氨水混合溶液混和攪拌溶脹，使帶負(fù)電荷的納米Y -Fe2O3^SiO2或MnO通過靜電作用與荷正電的AEM修飾的 Gd3^xErxSbO7(0.5 < X < I)在 Gd3^xErxSbO7(0.5 ^ x ^ I)表面形成殼結(jié)構(gòu)，殼的厚度可根據(jù)加入的納米Y_Fe203、SiO2或MnO的量來決定，然后再依次用無水乙醇、去離子水反復(fù)洗滌，除去多余的AEM乙醇溶液和氨水溶液，室溫晾干，即得具有核殼結(jié)構(gòu)的催化材料磁性顆粒核-Gd3^xErxSbO7 (0.5 彡 X 彡 I)。
全文摘要
核-殼結(jié)構(gòu)的鉺釓銻基復(fù)合磁性顆粒光催化劑、制備及應(yīng)用，光催化劑材料的結(jié)構(gòu)式Gd3-xErxSbO7(0.5≤x≤1)，粒徑為0.04-0.32微米。采用γ-Fe2O3鐵磁性顆粒核-Gd3-xErxSbO7(0.5≤x≤1)、SiO2Gd3-xErxSbO7(0.5≤x≤1)、MnO-Gd3-xErxSbO7(0.5≤x≤1)；γ-Fe2O3、SiO2和MnO的粒徑為0.06-1微米，Gd3-xErxSbO7(0.5≤x≤1)包裹核后粒徑為0.09-1.30微米。上述材料分別負(fù)載Pt、NiO或RuO2輔助催化劑；輔助催化劑添加質(zhì)量比20-30%，光源為氙燈或高壓汞燈，在密閉的由多個閥門控制的玻璃管路內(nèi)部照明反應(yīng)器內(nèi)進行分解水制取氫氣或降解廢水。
文檔編號B01J23/843GK103071480SQ201210433808
公開日2013年5月1日 申請日期2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月2日
發(fā)明者欒景飛, 裴冬華, 陳標(biāo)杭 申請人:南京大學(xué)