[發明專利]一種Mg/Zn/In復合金屬氧化物光催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201110405088.1
• 申請日: 2011-12-08
• 公開（公告）號: CN103157457A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 項頊;李志偉;李峰
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: B01J23/08
• 分類號: B01J23/08;C02F1/30;C02F1/72;C02F101/38
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 何俊玲

技術領域

本發明涉及催化劑制備技術領域，特別是涉及一種Mg/Zn/In復合金屬氧化物光催化劑及其制備方法。該催化劑用于在可見光下催化降解染料。

技術背景

由于社會的不斷發展，城市的工業化程度越來越高，環境污染問題已變成一個日益突出的社會問題。水污染問題與居民的生活息息相關，特別是工業用水造成的污染，水污染治理日漸形成一個突出的問題。企業工廠排出的廢水往往含有多環類的有機污染物，而這些污染物的降解，治理成為一個難點問題。目前去除有機污染物通常的方法是利用顆?；钚蕴繉⒂袡C物從一種相轉移到另一種相中，難以達到有機物的完全的降解。而采用化學氧化工藝才能真正使含苯環的有機物大分子最終降解為H₂O、CO₂等小分子，達到水體凈化的標準。半導體化合物在一定的光照條件下，可表現出光催化氧化性。作為一種光生強氧化劑，半導體化合物能較好的將水體中的大分子有機物降解為無毒害的小分子，且有很好的適用性和降解選擇性，特別是能氧化分解某些難降解的有機物(如：亞甲基藍，酸性紅等)。此外，半導體化合物作為光生強氧化劑，具有設備方法簡單、無污染、利于回收，有望將太陽光作為光催化的反應光源的特點。常見的半導體型光催化劑主要包括TiO₂、ZnO、CdS、Fe₂O₃、SnO₂、In₂O₃、ZnS等很多化合物。作為最有前途的光催化劑，由于其具有降解許多污染物的優良能力，二氧化鈦在解決水污染等環境問題中發揮了重要的作用。但是其寬帶隙能量(3.2eV)，只能利用紫外光的能量發生光電子的躍遷，而紫外光只占太陽光的3％～3.5％，這成為其進一步發展的局限性。因此，如何制備出在可見光條件下具有優良降解能力的半導體氧化物成為了一個迫切的問題。目前光催化研究有對二氧化鈦光催化劑進行修飾以及開發新型光催化劑材料兩種發展方向。

研究表明，為了提高可見光降解效率，半導體復合是一種有效的方法，它是指將一種或多種禁帶寬度相對較窄的半導體與光催化劑組成復合體系，它不僅有可能能降低半導體的禁帶寬度，擴大光譜響應范圍，而且能增強電荷分離，有效抑制光生電子-空穴對的復合，提高光催化效率。目前報道的有SnO₂/TiO₂、WO₃/TiO₂、SiO₂/TiO₂、CdS/TiO₂、CuO/TiO₂、SnO₂/ZnO、V₂O₅/Al₂O₃、CdSe/TiO₂、ZnO/TiO₂、ZnO/TiO₂/SnO₂等復合體系，其光催化活性幾乎都高于單一半導體的光催化活性。例如，Xia?Yang等研究發現利用貴金屬Ag和間接帶隙能低的半導體氧化物In₂O₃對TiO₂進行復合改性能夠使羅丹明B在可見光下120min降解率達到100％[Xia?Yang，et?al.Catalysis?Communications?9(2008)1224-1229]。目前制備納米復合金屬氧化物的方法很多，如沉淀法、溶膠-凝膠法、金屬醇鹽水解法、水熱法、微乳液法和原位法等，每種方法都有其優缺點。沉淀法成本較低，但是沉淀物通常為膠狀物，水洗、過濾較困難，沉淀劑作為雜質易混入，沉淀過程中各種成分可能發生偏析，水洗時部分沉淀物發生溶解，因此這種方法的適用范圍較窄；利用溶膠-凝膠法方法制得的產品具有純度高、化學均勻性好、顆粒細、粉末活性高等優點，并且合成溫度低，成分容易控制，工藝設備簡單，但原料價格昂貴，烘干后的球形凝膠顆粒自身燒結溫度低，同時凝膠顆粒之間燒結性差，干燥時收縮大；微乳液法可制備粒徑小且分布窄的納米復合金屬氧化物，但所制備的納米粒子在油相體系中易發生團聚；原位法[Aparna?Deshpande，Pallavi?Shah，R.S.Gholap，Narendra?M.Gupta.Journal?of?Colloid?and?Interface?Science?333(2009)263-268]可得到組成可調的復合氧化物，但所用的基底多為有機聚合物，分散的均勻性受到限制。因此，如何能獲得性能穩定、組成可控、粒徑分布窄并且均勻分散的復合金屬氧化物成為復合半導體光催化材料的一個重要研究方向。