[發明專利]一種納米半導體氧化物光催化劑及其制備方法

無效

• 申請號: 200710178239.8
• 申請日: 2007-11-28
• 公開（公告）號: CN101168127A
• 公開（公告）日: 2008-04-30
• 發明（設計）人: 何靜;舒心
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: B01J23/755
• 分類號: B01J23/755;B01J21/06;C02F1/32
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司
• 代理人: 劉月娥

技術領域

本發明屬于光催化劑技術領域，特別是涉及一種納米半導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。

技術背景

光催化技術是當今科學研究的熱點，其應用范圍十分廣泛，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。納米結構的半導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率均較一般半導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體(禁帶寬度3.2eV)為基礎的光催化技術，僅在小于400nm的紫外光線下會表現出活性，從而限制了其在工業上的廣泛應用。眾所周知，照射到地表的可見光(波長400～750nm)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5％。因此，開發能同時有效地利用紫外線和可見光的光催化材料來實現廢水處理或空氣凈化對環保和節能都具有及其重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種納米半導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。

本發明提供的催化劑由納米半導體金屬氧化物、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對可見光的響應，達到同時利用紫外光和可見光的目的。

所述納米半導體金屬氧化物為氧化鎳(NiO)和二氧化鈦(TiO₂)，鐵鈦礦納米粒子為鈦酸鎳(NiTiO₃)，尖晶石納米粒子為鎳鈦尖晶石(Ni₂TiO₄)。

所述光催化劑中氧化鎳占催化劑總質量百分比為15～45％，顆粒直徑為10～30nm；二氧化鈦占催化劑總質量百分比為0～55％，顆粒直徑為10～20?nm；鈦酸鎳占催化劑總質量百分比為5～75％，顆粒直徑為10～40nm，鎳鈦尖晶石占催化劑總質量百分比為4～45％，顆粒直徑為5～20nm。

本發明的具有紫外光和可見光響應的光催化劑的制備方法如下：

(1)前驅體的制備：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∶0.2～0.4∶10～20∶555～1111混合均勻后，于攪拌回流條件下反應2～10h，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：將制備的前驅體于高溫600～900℃中焙燒4～8h得納米半導體光催化劑粉末。將催化劑分為等質量的兩份，取其中一份固體粉末溶于100～200ml硫酸溶液(5～10M)，攪拌8～24h，抽濾，去離子水洗滌，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，是通過改變反應物硝酸鎳和四氯化鈦的物質的量比、改變焙燒溫度以及酸處理得以實現的。

步驟(1)中，所制得的前驅體具有層狀雙金屬氫氧化物(水滑石)的晶體結構。

本發明的納米半導體氧化物光催化劑能在保持高效的紫外光活性下，通過調變組成和含量使催化劑有效的被可見光激發，將催化劑的應用拓展到可見光區域。

本發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，促進光催化反應進一步推向實用化。

具體實施方式

實施例1

A.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，溶解后轉入250ml三口燒瓶，攪拌回流10h。反應結束后，產物抽濾，用去離子水洗滌至pH為7，濾餅于60℃烘箱干燥得前驅體粉末。將前驅體粉末放入瓷坩鍋，置于馬福爐中從室溫加熱至700℃，升溫速度10℃/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(1×10^-5M)溶液中，均勻攪拌，置于通冷卻水的石英光催化反應器中，先暗反應30min。后開燈光照。紫外光燈源選用500W高壓汞燈，反應時間120min；可見光燈源選用125W熒光燈(波長大于400nm)，反應時間24h。用紫外-可見分光光度計測定溶液濃度。

結果見表1。

實施例2