專利名稱：鈦酸鹽光催化劑Sr<i>_x</i>Ca_3-<i>x</i>Ti₂O₇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)的鈦酸鹽光催化劑SrrCa3 Ji2O7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。1972年Fujishima發(fā)現(xiàn)了 TiO2半導(dǎo)體電極在紫外光照射下具有光解水的作用，由此引發(fā)了半導(dǎo)體光催化的研究熱潮。其主要領(lǐng)域包括(I)以太陽光能為能源，以空氣中的氧氣為氧化劑促使水和空氣中的有機(jī)污染物徹底分解成co2、h2o和其它無機(jī)鹽，是一種理想的污染物控制技術(shù)；(2)利用太陽能將水分解為氫氣和氧氣等化學(xué)能，是氫能經(jīng)濟(jì)的重要組成部分；(3)將太陽能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。雖然TiO 2是一種極其優(yōu)秀的光催化齊U，但由于TiO2的禁帶寬度較大(3. 2eV)，只有波長等于或小于387 nm的紫外光才能激發(fā)TiO2產(chǎn)生導(dǎo)帶電子和價帶空穴對從而引發(fā)光催化反應(yīng)。但實(shí)際到達(dá)地表的太陽輻射能量的波長范圍集中在46(T 500nm,紫外成分(300 400nm)不足5%，因此如何高效地利用太陽光進(jìn)行光催化反應(yīng)，開發(fā)能被可見光激發(fā)的光催化劑正日益引起人們的興趣。為了擴(kuò)展Ti02的響應(yīng)波長范圍以充分利用太陽光，人們對其進(jìn)行了許多改性研究，包括金屬離子摻雜、非金屬離子摻雜、表面光敏化、耦合半導(dǎo)體及引入氧空位、離子注入等方法。一些科學(xué)工作者已研制出大量的新型多元金屬氧化物可見光催化劑，三價鉍的復(fù)合物如BiV04、Bi2MoO6, Bi2Mo2O9, Bi2Mo3O12和Bi2WO4被報道在可見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，燒綠石(pyrochlore)結(jié)構(gòu)型化合物Bi2MnNbO7(M = Al、Ga、In或稀土元素)、鶴猛鐵礦(wolframite)結(jié)構(gòu)型化合物 InMO4(`M = Nb 或 Ta)、Stibotantalite Wolframite 結(jié)構(gòu)型化合物BiMO4 (M = Nb, Ta)等和鈮鉀復(fù)合氧化物光催化劑如層狀結(jié)構(gòu)的KNb03、KNb308、K4Nb6O17和孔道結(jié)構(gòu)的K6Nbia6O3tl等都具有較好的光催化性能。國內(nèi)外研究者還對一些鈦酸鹽如SrTiO3^ Bi4Ti3O12等開展了光催化特性研究。雖然光催化研究已進(jìn)行了若干年，但目前報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。文獻(xiàn)[P. L. Wise, I.M. Reaney, W.E. Lee, D. M. Iddles, D. S. CannelI, T. J. Price, Tunability of f in perovskitesand related compounds, J. Mater. Res. , 2002,17 :2033 - 2040 ]報道了欽酸鹽Sr3Ti2O7和Ca3Ti2O7的晶體結(jié)構(gòu)與微波介電性能。考慮到目前尚無有關(guān)該類化合物光催化性能的研究報道，其晶體結(jié)構(gòu)與SrTi03、Bi4Ti3012等也不相同，我們對鈦酸鹽SrrCa3 Ji2O7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)的鈦酸鹽光催化劑SrxCa3 ^Ti2O7及其制備方法。本發(fā)明涉及的具有可見光響應(yīng)的鈦酸鹽的化學(xué)組成通式為SrrCa3 xTi207,其中O彡X彡3。所述鈦酸鹽的制備方法具體步驟為
(I)將99. 9%分析純的化學(xué)原料SrC03、CaCO3和TiO2,按SrxCa3 ^Ti2O7化學(xué)式稱量配料，其中O彡X彡3。(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，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120(Tl250°C預(yù)燒，并保溫6小時，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，即得到鈦酸鹽SrxCa3 ^Ti2O7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
I、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 ;鈦酸鹽光催化劑SrxCa3 ^Ti2O7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；催化時間設(shè)定為120分鐘。實(shí)施例I :
(I)將99. 9%分析純的化學(xué)原料SrCO3和TiO2,按SrjTi2O7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，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1200°C預(yù)燒，并保溫6小時，自然冷卻至室溫，然后通過球磨機(jī)粉碎手段使粒子直徑變小，低于2 μ m，即得到鈦酸鹽SiVTi2O7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. 9%ο實(shí)施例2:
(I)將99. 9%分析純的化學(xué)原料CaCO3和TiO2,按Ca3Ti2O7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，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1250°C預(yù)燒，并保溫6小時，自然冷卻至室溫，然后通過球磨機(jī)粉碎手段使粒子直徑變小，低于2 μ m，即得到鈦酸鹽Ca3Ti2O7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99. 1%。實(shí)施例3
(I)將99. 9%分析純的化學(xué)原料SrC03、CaCO3和TiO2,按SrCa2Ti2O7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，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1240°C預(yù)燒，并保溫6小時，自然冷卻至室溫，然后通過球磨機(jī)粉碎手段使粒子直徑變小，低于2 μ m,即得到鈦酸鹽SrCa2Ti2O7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. 7%。實(shí)施例4
(I)將99. 9%分析純的化學(xué)原料SrC03、CaCO3和TiO2,按Sr2CaTi2O7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，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1220°C預(yù)燒，并保溫6小時，自然冷卻至室溫，然后通過球磨機(jī)粉碎手段使粒子直徑變小，低于2 μ m,即得到鈦酸鹽Sr2CaTi2O7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. 2%ο本發(fā)明決不限于以上實(shí)施例。具有與Ti相似結(jié)構(gòu)與化學(xué)性質(zhì)的元素如Sn，Zr等，以及與Ca和Sr相似結(jié)構(gòu)與化學(xué)性質(zhì)的元素如Ba、Pb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。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 一種鈦酸鹽作為可見光響應(yīng)的光催化劑的應(yīng)用，其特征在于所述鈦酸鹽的化學(xué)組成通式為SrxCa3 ,Ti2O7,其中O彡x彡3 ; 所述鈦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SrC03、CaCO3和TiO2,按SrxCa3 ^Ti2O7化學(xué)式稱量配料，其中O彡X彡3 ; (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，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120(Tl250°C預(yù)燒，并保溫6小時，自然冷卻至室溫，然后通過球磨機(jī)粉碎手段使粒子直徑變小，低于2 μ m，即得到鈦酸鹽SrrCa3 Ji2O7粉末。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可見光響應(yīng)的鈦酸鹽光催化劑SrxCa3-xTi2O7及其制備方法。該鈦酸鹽光催化劑的化學(xué)組成通式為SrxCa3-xTi2O7,其中0≤x≤3。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B01J23/02GK103212397SQ201310131809
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月17日
發(fā)明者方亮, 唐瑩, 韋珍海 申請人:桂林理工大學(xué)