專利名稱：：一種納米半導(dǎo)體氧化物光催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于光催化劑
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是涉及一種納米半導(dǎo)體氧化物光催化劑及其制備方法，可有效地吸收紫外光和可見光的光催化劑。
背景技術(shù)：
：光催化技術(shù)是當(dāng)今科學(xué)研究的熱點，其應(yīng)用范圍十分廣泛，如污水處理、空氣凈化、太陽能利用、抗菌、防霧和自清潔功能等。納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體氧化物的光催化活性、降解有機物的深度與選擇性和光量子產(chǎn)率均較一般半導(dǎo)體氧化物有大幅度的提高，因而納米光催化材料正成為納米科技較早直接造福人類的有力工具。目前主要以納米二氧化鈦半導(dǎo)體(禁帶寬度3.2eV)為基礎(chǔ)的光催化技術(shù)，僅在小于400nm的紫外光線下會表現(xiàn)出活性，從而限制了其在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用。眾所周知，照射到地表的可見光(波長400750nm)的能量約為全體太陽光的43%，而波長在400nm以下的紫外線卻不足5X。因此，開發(fā)能同時有效地利用紫外線和可見光的光催化材料來實現(xiàn)廢水處理或空氣凈化對環(huán)保和節(jié)能都具有及其重要的意義。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種納米半導(dǎo)體氧化物光催化劑及其制備方法，在紫外光和可見光條件下都具有活性的光催化劑，這種納米半導(dǎo)體氧化物光催化劑，既能保持較高的催化活性，同時制造工藝簡單、成本較低。本發(fā)明提供的催化劑由納米半導(dǎo)體金屬氧化物、鐵鈦礦納米粒子、尖晶石納米粒子組成，其特征在于通過改變催化劑的組成和含量實現(xiàn)對可見光的響應(yīng)，達(dá)到同時利用紫外光和可見光的目的。所述納米半導(dǎo)體金屬氧化物為氧化鎳(NiO)和二氧化鈦(Ti02)，鐵鈦礦納米粒子為鈦酸鎳(NiTi03)，尖晶石納米粒子為鎳鈦尖晶石(Ni2Ti04)。所述光催化劑中氧化鎳占催化劑總質(zhì)量百分比為1545%，顆粒直徑為1030nm;二氧化鈦占催化劑總質(zhì)量百分比為055%，顆粒直徑為1020nm;鈦酸鎳占催化劑總質(zhì)量百分比為575%，顆粒直徑為1040nm，鎳鈦尖晶石占催化劑總質(zhì)量百分比為445%，顆粒直徑為520nm。本發(fā)明的具有紫外光和可見光響應(yīng)的光催化劑的制備方法如下-(1)前驅(qū)體的制備采用尿素均勻共沉淀法，即將硝酸鎳、四氯化鈦、尿素、去離子水按照摩爾比為1:0.20.4:10~20:555~1111混合均勻后，于攪拌回流條件下反應(yīng)210h，得到固體沉淀。然后抽濾、去離子水洗滌、烘干得固體粉末。(2)光催化劑的制備將制備的前驅(qū)體于高溫60090(TC中焙燒48h得納米半導(dǎo)體光催化劑粉末。將催化劑分為等質(zhì)量的兩份，取其中一份固體粉末溶于100200ml硫酸溶液(510M)，攪拌824h，抽濾，去離子水洗漆，烘干后得含量改變的光催化劑粉末。所述不同組成和含量的光催化劑，是通過改變反應(yīng)物硝酸鎳和四氯化鈦的物質(zhì)的量比、改變焙燒溫度以及酸處理得以實現(xiàn)的。步驟(1)中，所制得的前驅(qū)體具有層狀雙金屬氫氧化物(水滑石)的晶體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的納米半導(dǎo)體氧化物光催化劑能在保持高效的紫外光活性下，通過調(diào)變組成和含量使催化劑有效的被可見光激發(fā)，將催化劑的應(yīng)用拓展到可見光區(qū)域。本發(fā)明的光催化劑能利用太陽光中的紫外線和可見光對空氣、廢水、地表水及飲用水中有機污染物的光催化處理，同時制造工藝簡單、成本較低，促進(jìn)光催化反應(yīng)進(jìn)一步推向?qū)嵱没?。具體實施例方式實施例1A.光催化劑制備將0.005mol六水合硝酸鎳、0.002mol四氯化鈦和O.lmol尿素加入100ml(5.55mol)去離子水中，溶解后轉(zhuǎn)入250ml三口燒瓶，攪拌回流10h。反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)物抽濾，用去離子水洗滌至pH為7，濾餅于60'C烘箱干燥得前驅(qū)體粉末。將前驅(qū)體粉末放入瓷坩鍋，置于馬福爐中從室溫加熱至70(TC，升溫速度IO'C/min，保溫4h，自然降溫至室溫得光催化劑粉末。B.光催化實驗取25mg催化劑粉末加入100ml亞甲基藍(lán)(1X10—5M)溶液中，均勻攪拌，置于通冷卻水的石英光催化反應(yīng)器中，先暗反應(yīng)30min。后開燈光照。紫外光燈源選用500W高壓汞燈，反應(yīng)時間120min;可見光燈源選用125W熒光燈(波長大于400nm)，反應(yīng)時間24h。用紫外一可見分光光度計測定溶液濃度。結(jié)果見表l。實施例2A.光催化劑制備將0.005mol六水合硝酸鎳、0.002mol四氯化鈦和0.1mol尿素加入100ml(5.55mol)去離子水中，溶解后轉(zhuǎn)入250ml三口燒瓶，攪拌回流10h。反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)物抽濾，用去離子水洗滌至pH為7，濾餅于60'C烘箱干燥得前驅(qū)體粉末。將前驅(qū)體粉末放入瓷坩鍋，置于馬福爐中從室溫加熱至70(TC，升溫速度IO'C/min,保溫4h，自然降溫至室溫得固體粉末。將固體粉末分為等質(zhì)量的兩份，取其中一份固體粉末溶于100ml硫酸溶液(5M)，攪拌反應(yīng)24h。然后抽濾，用去離子水洗滌至pH為7，濾餅于60'C烘箱干燥得光催化劑粉末。B.光催化實驗取25mg催化劑粉末加入100ml亞甲基藍(lán)(1X10—5M)溶液中，均勻攪拌，置于通冷卻水的石英光催化反應(yīng)器中，先暗反應(yīng)30min。后開燈光照。紫外光燈源選用500W高壓汞燈，反應(yīng)時間120min;可見光燈源選用125W熒光燈(波長大于400nm),反應(yīng)時間24h。用紫外一可見分光光度計測定溶液濃度。結(jié)果見表1。實施例3A.光催化劑制備將0.005mol六水合硝酸鎳、0.002mol四氯化鈦和O.lmol尿素加入100ml(5.55mol)去離子水中，溶解后轉(zhuǎn)入250ml三口燒瓶，攪拌回流10h。反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)物抽濾，用去離子水洗漆至pH為7，濾餅于6(TC烘箱干燥得前驅(qū)體粉末。將前驅(qū)體粉末放入瓷坩鍋，置于馬福爐中從室溫加熱至90(TC，升溫速度IO°C/min，保溫4h，自然降溫至室溫得光催化劑粉末。B.光催化實驗取25mg催化劑粉末加入100ml亞甲基藍(lán)(IX10—5M)溶液中，均勻攪拌，置于通冷卻水的石英光催化反應(yīng)器中，先暗反應(yīng)30min。后開燈光照。紫外光燈源選用500W高壓汞燈，反應(yīng)時間120min;可見光燈源選用125W熒光燈(波長大于400nm)，反應(yīng)時間24h。用紫外一可見分光光度計測定溶液濃度。結(jié)果見表2。實施例4A.光催化劑制備將0.005mol六水合硝酸鎳、0.002mol四氯化鈦和0.1mol尿素加入IOOml(5.55mol)去離子水中，溶解后轉(zhuǎn)入250ml三口燒瓶，攪拌回流10h。反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)物抽濾，用去離子水洗滌至pH為7，濾餅于6(TC烘箱干燥得前驅(qū)體粉末。將前驅(qū)體粉末放入瓷坩鍋，置于馬福爐中從室溫加熱至90(TC，升溫速度IO°C/min，保溫4h，自然降溫至室溫得固體粉末。將固體粉末分為等質(zhì)量的兩份，取其中一份固體粉末溶于100ml硫酸溶液(5M)，攪拌反應(yīng)24h。然后抽濾，用去離子水洗滌至pH為7，濾餅于6(TC烘箱干燥得光催化劑粉末。B.光催化實驗取25mg催化劑粉末加入100ml亞甲基藍(lán)(1X1(T5M)溶液中，均勻攪拌，置于通冷卻水的石英光催化反應(yīng)器中，先暗反應(yīng)30min。后開燈光照。紫外光燈源選用500W高壓汞燈，反應(yīng)時間120min;可見光燈源選用125W熒光燈(波長大于400nm)，反應(yīng)時間24h。用紫外一可見分光光度計測定溶液濃度。結(jié)果見表2。表1光催化劑組成和亞甲基藍(lán)降解率<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表2光催化劑組成和亞甲基藍(lán)降解率<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>權(quán)利要求1、一種納米半導(dǎo)體氧化物光催化劑，其特征在于該催化劑包括納米半導(dǎo)體金屬氧化物、鐵鈦礦納米粒子、尖晶石納米粒子；所述納米半導(dǎo)體金屬氧化物為氧化鎳和二氧化鈦，鐵鈦礦納米粒子為鈦酸鎳，尖晶石納米粒子為鎳鈦尖晶石；其中，氧化鎳占催化劑總質(zhì)量百分比為15～45％，二氧化鈦占催化劑總質(zhì)量百分比為0～55％，鈦酸鎳占催化劑總質(zhì)量百分比為5～75％，鎳鈦尖晶石占催化劑總體質(zhì)量百分比為4～45％；催化劑的光反應(yīng)在紫外光、可見光或太陽光下進(jìn)行。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化物光催化劑，其特征在于氧化鎳顆粒直徑為1030nm，二氧化鈦顆粒直徑為1020nm;鈦酸鎳顆粒直徑為1040nm;鎳鈦尖晶石顆粒直徑為520nm。3、一種制備權(quán)利要求1所述光催化劑的方法，其特征在于，工藝步a、前驅(qū)體的制備將硝酸鎳、四氯化鈦、尿素、去離子水按照摩爾比為1:0.2~0.4:10~20:555~1111混合均勻后，于攪拌回流條件下反應(yīng)210h，得到固體沉淀；然后抽濾、去離子水洗滌、烘干得固體粉末；b、光催化劑的制備將前驅(qū)體于60090(TC中焙燒48h得納米半導(dǎo)體光催化劑粉末;將催化劑分為等質(zhì)量的兩份，取其中一份溶于510mol/L硫酸溶液，攪拌824h，抽濾，去離子水洗滌，烘干后得含量改變的光催化劑粉末。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所制得的前驅(qū)體具有層狀雙金屬氫氧化物的晶體結(jié)構(gòu)。全文摘要一種納米半導(dǎo)體氧化物光催化劑及其制備方法，屬于光催化劑
技術(shù)領(lǐng)域：
。該催化劑由納米半導(dǎo)體金屬氧化物、鐵鈦礦納米粒子、尖晶石納米粒子組成，所述納米半導(dǎo)體金屬氧化物為氧化鎳和二氧化鈦，鐵鈦礦納米粒子為鈦酸鎳，尖晶石納米粒子為鎳鈦尖晶石。所述催化劑的組成和含量可通過鎳鈦物質(zhì)的量比、焙燒溫度以及酸處理進(jìn)行調(diào)變。本發(fā)明的催化劑適用于空氣和水中有機污染物的光分解凈化處理。文檔編號B01J23/755GK101168127SQ200710178239公開日2008年4月30日申請日期2007年11月28日優(yōu)先權(quán)日2007年11月28日發(fā)明者靜何,心舒申請人:北京化工大學(xué)