[發明專利]中空結構鐵酸鉍微球光催化劑及其制備方法

無效

• 申請號: 201010128473.1
• 申請日: 2010-03-19
• 公開（公告）號: CN101791558A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發明（設計）人: 霍宇凝;金軼;張亞;李和興
• 申請（專利權）人: 上海師范大學
• 主分類號: B01J23/843
• 分類號: B01J23/843;B01J35/08;A62D3/10;A62D101/28
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 楊杰民

技術領域

本發明屬于催化劑技術，具體地說是一種中空結構鐵酸鉍微球 光催化劑及其制備方法。

背景技術

隨著科學技術的進步、化學工業的發展，同時也帶來了一些難 降解的有機化合物的產生。各種防腐劑、殺蟲劑、除草劑等的廣泛 應用促進了工農業生產，但也給自然生態環境造成了一定的危害。 某些有毒害的有機物對微生物有很強的抑制作用，有的還通過土壤 滲入地下水，給人們的正常生活帶來了威脅。甚至有的對微生物有 毒害作用，造成無法用生物方法對其進行有效地降解。對于這些污 染環境的有機廢水人們努力采用各種方法進行處理，當前人們普遍 采用紫外輻射、臭氧、芬頓試劑和光催化等氧化技術來進行處理， 將一些具有復雜結構的有機化合物進行轉化或降解，轉變為易于生 物降解的或毒性較小的有機物。其中采用TiO₂作為光催化劑對難降 解有機廢水進行處理是當前環境科學的常用技術之一。TiO₂在波長 小于400nm的光照射下，價帶電子被激發到導帶，形成了電子和空穴 對并遷移到表面，和吸附在表面的化合物發生氧化還原作用，生成 超氧化物陰離子自由基，這些自由基具有光化分解有機污染物的功 能。但是TiO₂光催化板的缺點是：1、由于各種基板的差異，使TiO₂薄膜附著性不好，在使用過程中容易脫落；光催化效率降低，制約 了光催化技術的推廣應用；2、TiO₂光催化板壽命短；3、制作工藝 復雜。

鉍系催化劑是非氧化鈦光催化劑中最為重要的一類催化劑，主 要原因是Bi_6s軌道的電子可以與O_2p軌道雜化形成新的價帶因而能從 根本上提高半導體催化劑的最高價帶以降低禁帶寬度，鉍系催化劑 的特殊性質，引起了發明家對其光化學性能的廣泛重視。韓國發明 水熱法制備BiFeO₃并用來光催化降解有機染料；中國發明了溶膠凝 膠法制備BiFeO₃以光催化降解有機染料；發明了固相法制備BiFeO₃， 將含Bi元素和其它元素的氧化物或其金屬鹽機械混合后直接在高溫 下燒結制備BiFeO₃。由于目前制備的BiFeO₃催化劑技術中存在催化劑 粒徑大、比表面積小，不利于污染物分子在催化劑表面的吸附，使 得光催化的活性難以提高的缺點；同時，現有技術中有的方法采用 甲氧基乙醇等有毒溶劑，給環境帶來污染。因此發明一種比表面積 大、結構可控的BiFeO₃可見光催化劑及其制備方法，對于進一步提 高光催化效率是十分有意義的。

本發明利用溶劑熱法采用較高的反應溫度和壓力，有效加快反 應速度，實現在常規條件下不能進行的反應；同時溶劑熱法的反應 條件易于控制，有利于晶體的可控生長，得到晶粒尺寸小的催化劑 材料。改變溶劑熱的反應溫度和反應時間，可以有效抑制粒子的團 聚并且得到結構可控的納米粉體，對于提高催化性能有著良好的效 果。

本發明在世界上首次利用溶劑熱法合成了粒徑均勻、具有中空 結構的鐵酸鉍微球光催化劑，通過改變陳化時間、陳化溫度、焙燒 溫度等工藝條件，發明了比表面積大、粒徑均勻、結構可控、光催 化效率高、無環境污染的中空結構鐵酸鉍微球光催化劑及其制備方 法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種比表面積大、粒徑均勻、結構可控、 光催化效率高、無環境污染的中空結構鐵酸鉍微球光催化劑。

本發明的另一個目的在于提供上述中空結構鐵酸鉍微球光催化 劑的制備方法。

本發明的再一個目的在于提供上述中空結構鐵酸鉍微球光催化 劑的用途。

本發明目的是這樣實現的：

一種中空結構鐵酸鉍微球光催化劑：分子式為BiFeO₃，粒徑 1.0～2.0μm，球壁厚度為100～200nm，比表面為7.2～28.1m²/g。

中空結構鐵酸鉍微球光催化劑，制備方法如下：

(1)取3份體積的無水乙醇與1份體積甘油混合，制備混合醇 溶液；

(2)將鉍鹽、鐵鹽溶于混合醇溶液中，加入檸檬酸并混合均勻；

(3)將步驟(2)制得的溶液360W超聲分散10分鐘，放入不 銹鋼水熱釜中進行溶劑熱陳化，收集形成產物；