專利名稱：可見光響應(yīng)的含鋰巖鹽結(jié)構(gòu)復(fù)合物光催化劑Li₃NbO₄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)的含鋰巖鹽結(jié)構(gòu)復(fù)合物光催化劑Li3NbO4及其制備方法，屬于無機(jī)光催化材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
環(huán)境污染是世界各國十分關(guān)注的問題，已經(jīng)導(dǎo)致了人們生活的飲用水源、工業(yè)水源質(zhì)量不斷下降，導(dǎo)致大氣污染不斷加劇，造成生態(tài)環(huán)境的不斷破壞，對人類的生存構(gòu)成嚴(yán)重威脅。為了解決這些問題，人們通過各種方法控制和治理環(huán)境污染。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；近些年來，光催化劑已引起世界各國科學(xué)家的關(guān)注，許多著名研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)相繼投入巨資從事光催化劑機(jī)理和應(yīng)用的研究，光催化劑在抗菌、脫臭、防污和水處理等許多領(lǐng)域已開始進(jìn)入推廣應(yīng)用階段。光催化材料在解決能源和環(huán)境問題方面有重要的應(yīng)用前景，隨著各國研究工作的深入，這種新材料被認(rèn)為是21世紀(jì)最有希望的新興材料產(chǎn)品之一；目前，使用的光催化劑主要為二氧化鈦，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?？紤]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太陽光譜，尋找具有可見光響應(yīng)的光催化劑引起了人們的重視。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；近來關(guān)于復(fù)合氧化物的光催化劑有不少報(bào)道；中國專利ZL 201110094355. 8公開了可見光響應(yīng)的復(fù)合氧化物光催化劑LiWNlvxTaxO6及制備方法，中國專利ZL 201110074988. 2公開了可見光響應(yīng)的復(fù)合氧化物光催化劑LiCuNbhTaxO4及制備方法；以上發(fā)明的光催化劑，已被證實(shí)是具有較好的光催化性能的可見光響應(yīng)光催化劑。最近我們對鋰基巖鹽結(jié)構(gòu)氧化物L(fēng)i3NbO4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，而且組成簡單，易于合成制備，有利于推廣應(yīng)用；經(jīng)查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)，目前文獻(xiàn)[1、ZHOU D, WANG H, PANG L X，et al. Microwavedielectric characterization of a Li3NbO4 ceramic and its chemical compatibilitywith silver[J], J Am Ceram Soc, 2008，91(12) : 4115-4117.等]報(bào)道了有關(guān) Li3NbO4的晶體結(jié)構(gòu)類型與微波介電性能，并未報(bào)道相關(guān)的光催化性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可見光響應(yīng)的含鋰巖鹽結(jié)構(gòu)復(fù)合物光催化劑Li3NbO4及其制備方法。本發(fā)明涉及的可見光響應(yīng)的含鋰巖鹽結(jié)構(gòu)復(fù)合物光催化劑的組成化學(xué)式為Li3NbO40上述可見光響應(yīng)的含鋰巖鹽結(jié)構(gòu)復(fù)合物光催化劑的制備方法具體步驟為
(1)將純度為99.9%的化學(xué)原料Li2O和Nb2O5,按Li3NbO4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，制得混合均勻的粉料； (3)將步驟(2)制得的混合均勻的粉料在70(T80(TC預(yù)燒，并保溫Γ8小時(shí)，自然冷卻至室溫，然后通過球磨機(jī)球磨使粒子直徑變小，達(dá)到2 μ m，即得到含鋰巖鹽結(jié)構(gòu)復(fù)合物光催化劑Li3NbO4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燃燒、合成。如果是容易揮發(fā)的原料，則通過過量該原料的比例來消除原料揮發(fā)對反應(yīng)的影響。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。近年來，水熱法已廣泛應(yīng)用于材料的合成，與其它粉體制備方法相比，水熱合成法制備的粒子尺寸小，而且純度高，晶粒發(fā)育好，所含的缺陷少，晶體結(jié)構(gòu)比較接近理想晶體，其物理性能也比較接近于理論值，還可以通過調(diào)節(jié)水熱反應(yīng)條件來控制產(chǎn)物的形貌。因此，本發(fā)明通過水熱法合成了所需粉末。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 ;含鋰巖鹽結(jié)構(gòu)復(fù)合物光催化劑Li3NbO4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)施例下面以具體的實(shí)際操作范例為基礎(chǔ)對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例1 :
(I)將純度為99. 9%的化學(xué)原料Li2O和Nb2O5,按Li3NbO4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，制得混合均勻的粉料；
(3)將步驟(2)制得的混合均勻的粉料在700°C預(yù)燒，并保溫8小時(shí)，自然冷卻至室溫，然后通過球磨機(jī)球磨使粒子直徑變小，達(dá)到2 μ m，即得到含鋰巖鹽結(jié)構(gòu)復(fù)合物光催化劑Li3NbO4 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95%。實(shí)施例2:
(1)將純度為99.9%的化學(xué)原料Li2O和Nb2O5,按Li3NbO4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，制得混合均勻的粉料；
(3)將步驟(2)制得的混合均勻的粉料在750°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)球磨使粒子直徑變小，達(dá)到2 μ m，即得到含鋰巖鹽結(jié)構(gòu)復(fù)合物光催化劑Li3NbO4 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96. 5%ο實(shí)施例3:
(1)將純度為99.9%的化學(xué)原料Li2O和Nb2O5,按Li3NbO4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，制得混合均勻的粉料；
(3)將步驟(2)制得的混合均勻的粉料在800°C預(yù)燒，并保溫4小時(shí)，自然冷卻至室溫，然后通過球磨機(jī)球磨使粒子直徑變小，達(dá)到2 μ m，即得到含鋰巖鹽結(jié)構(gòu)復(fù)合物光催化劑Li3NbO4 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. 8%ο本發(fā)明決不限于以上實(shí)施例。具有與Nb相似結(jié)構(gòu)與化學(xué)性質(zhì)的元素如Ta、Sb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。本發(fā)明各原料的上下限、區(qū)間取值，以及工藝參數(shù)(如溫度、時(shí)間、pH值等)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、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. 一種含鋰巖鹽結(jié)構(gòu)復(fù)合物作為可見光響應(yīng)的光催化劑的應(yīng)用，其特征在于所述復(fù)合氧化物的化學(xué)組成式為=Li3NbO4 ； 所述含鋰巖鹽結(jié)構(gòu)復(fù)合物的制備方法具體步驟為 (1)將純度為99.9%的化學(xué)原料Li2O和Nb2O5,按Li3NbO4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，制得混合均勻的粉料； (3)將步驟(2)制得的混合均勻的粉料在70(T80(TC預(yù)燒，并保溫Γ8小時(shí)，自然冷卻至室溫，然后通過球磨機(jī)球磨使粒子直徑變小，達(dá)到2 μ m，即得到含鋰巖鹽結(jié)構(gòu)復(fù)合物L(fēng)i3NbO4 粉末。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可見光響應(yīng)的含鋰巖鹽結(jié)構(gòu)復(fù)合物作Li3NbO4及其制備方法。該復(fù)合物光催化劑的化學(xué)組成式為Li3NbO4。將純度為99.9%的化學(xué)原料Li2O和Nb2O5，按Li3NbO4化學(xué)式稱量配料；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；混合均勻的粉料在700~800℃預(yù)燒，并保溫4~8小時(shí)，自然冷卻至室溫，然后通過球磨機(jī)球磨使粒子直徑變小，達(dá)到2μm，即得到含鋰巖鹽結(jié)構(gòu)復(fù)合物光催化劑Li3NbO4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)的作用，且穩(wěn)定性好，具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號B01J23/20GK103055842SQ20131001907
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月19日
發(fā)明者唐瑩, 陳雯, 方亮 申請人:桂林理工大學(xué)