CN101716502A - 一种烧绿石型复合氧化物光催化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种烧绿石型复合氧化物光催化剂的制备方法，该氧化物催化剂的结构式为A2B2O7，其中：A＝Bi、Y、Ce或Nd，B＝Sn；其制备方法是：将金属硝酸盐，四氯化锡分别溶于盐酸，再混合，加入氨水溶液调节pH值，所得沉淀烘干后再高温煅烧，得到烧绿石型复合氧化物光催化剂粉末；或者先将金属硝酸盐溶于水，再加入锡酸钠混合，搅拌，用氢氧化钠调节pH值，再倒入高压反应釜中密封水热反应，得到烧绿石型复合氧化物光催化剂粉末。本发明操作简单、原料易得，可用于染料工业，环保工业，也可用于污水废水的处理。
Description
技术领域
本发明涉及催化剂类无机新材料技术领域，特别是一种烧绿石型复合氧化物光催化剂的制备方法。
背景技术
人类进入21世纪后，对环境污染的控制与治理是人类社会面临和亟待解决的重大课题。在众多的环境污染治理技术中，以无机半导体氧化物为催化剂的多相光催化过程，以其在室温条件下反应、可直接利用太阳光作为光源来驱动氧化-还原反应等特点而成为一种理想的环境污染治理技术。而复合氧化物光催化剂由于其优良的光催化性能，使其成为人们研究的热点。复合金属氧化物是指两种以上金属元素的氧化物，该氧化物可以是单一组分的化合物，也可以是多种组分组成的固溶体；材料的复合是按照一定的连通模式通过加和效应或耦合乘积效应而实现的，金属复合氧化物的物理化学性质除与金属元素种类有关外，还与其粒子形貌、粒径尺寸及其分布、组分的能量状态、晶体结构、缺陷性质及其密度等有关，而这些影响因素又与它们的制备方法紧密相关；因此，通过材料的复合及制备方法的选择，人们可以开发出综合性能远远高于相应的单一材料并能满足某些特定功能与用途的金属复合氧化物材料。烧绿石结构是形成最多的也是最重要的一类金属复合氧化物，它是一类具有离子导电性、铁电铁磁、催化等多种物理化学性能的新型无机复合材料，已成为固态物理、材料化学和催化化学等领域的研究热点.Saruhan等用电子束物理气相沉积法(EB2PVD)合成了La2 Zr2O7和掺杂了3wt％Y2O3的La2Zr2O7。而Suzuki等用金属有机化合物气相沉积法合成了具有立方体结构的Bi2 Ti2O7膜.气相法多用于制备纳米级的粒子或薄膜，具有目标产物纯度高、粒度细、分散性好、组分易于控制等优点，但对制备所需设备要求较高。邹志刚等用高温固相法得到Bi2 InNbO7，通过高温固相法制备得到的复合氧化物粒子机械强度高，但煅烧时对组分的控制性差，容易造成成分偏析，得到的产物往往含有杂质、形貌不规则、颗粒较大、粒度分布宽等。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种合成条件温和、产物纯度高的烧绿石型复合氧化物光催化剂的制备方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种烧绿石型复合氧化物光催化剂的制备方法，该光催化剂的结构式为A2B2O7，其中：A＝Bi、Y、Ce或Nd，B＝Sn；其具体制备步骤如下：
按摩尔比为1∶1称取金属硝酸盐和四氯化锡，分别溶于1～8mol/l的盐酸溶液，盐酸溶液与金属硝酸盐的摩尔比为10∶1～20∶1，溶解后将两者混合，缓慢加入1～10mol/l氨水溶液调节pH＝2～10，所得沉淀烘干，在180℃下反应12～24小时后放入马弗炉中，在500℃下煅烧1～5小时，冷至室温后，得到烧绿石型复合氧化物光催化剂粉末；
或者
按摩尔比为1∶1称取金属硝酸盐和锡酸钠，将金属硝酸盐溶于水，水与金属硝酸盐的质量比为2∶1～10∶1，再加入锡酸钠混合，搅拌，用1～10mol/l氢氧化钠溶液调节pH＝2～10，再倒入高压反应釜中，加水至反应釜体积的70％，密封，在150～250℃下水热反应12～72小时，冷至室温，过滤洗净，干燥，得到烧绿石型复合氧化物光催化剂粉末。
所述盐酸溶液浓度为1～4mol/l。
所述氨水溶液调节的pH＝2～5。
所述氨水溶液浓度为7～10mol/l。
所述氢氧化钠溶液浓度为1～4mol/l。
所述氢氧化钠溶液调节的pH＝7～10。
本发明具有的优点是：
(1)、可以得到处于非热力学平衡状态的烧绿石型亚稳相物质。
(2)、由于反应温度较低，更适合于工业化生产和实验室操作。
(3)、合成条件温和、产物纯度高、晶粒发育完整、粒径小且分较均匀、无明显团聚及形貌可控。
(4)、可保持很高的烧结活性，易合成成分均匀的超细多组元粉末，成本低、易操作，适用于大规模的工业生产。
(5)、在可见光下具有较高的光催化活性。
本发明制得的光催化剂可用于工业中降解染料，污水废水处理，其使用安全、省时、节能。
具体实施方式
实施例1
a)称取0.4851g Bi(NO3)3·H2O和0.3506g SnCl4·5H2O，分别溶于5ml2mol/l的HCl，溶解后将两者混合，再在不断搅拌下缓慢加入10mol/l NH3·H2O直到pH＝2.5，形成白色沉淀，放入烘箱烘干后，在180℃下反应24小时，把粉末研细，再放入马弗炉里500℃下煅烧3小时，冷至室温后，得到烧绿石型复合氧化物光催化剂粉末。
b)在卤钨灯下降解10mg/l靛红染料，暗反应1个小时后再光照3小时。染料降解率为55.3％。
实施例2
a)称取1.7084g Na2SnO3·4H2O和2.9104g Bi(NO3)3·5H2O，将Bi(NO3)3·5H2O溶于10ml的去离子水中，再将Na2SnO3·4H2O加入其中，然后搅拌，不断搅拌下加入1mol/l的NaOH溶液，调节pH＝10，搅拌十分钟后，倒入反应釜中后，加水至反应釜容积的70％左右，在180℃下水热反应12小时，取出来冷却至室温，用去离子水和无水乙醇洗涤，室温干燥，得到烧绿石型复合氧化物光催化剂粉末。
b)在卤钨灯下降解10mg/l亚甲基蓝染料，暗反应1个小时后再光照3小时。染料降解率为60.7％。
实施例3
a)称取0.5695g Na2SnO3·4H2O和0.9701g Bi(NO3)3·5H2O，将Bi(NO3)3·5H2O溶于5ml的去离子水中，再将Na2SnO3·4H2O加入其中，混合，搅拌，再往混合液中加入10ml 1mol/l的NaOH溶液中，调节pH＝10，搅拌后倒入反应釜中，在240℃下水热反应72小时，冷至室温后过滤，用去离子水和无水乙醇洗涤，室温下干燥，得到烧绿石型复合氧化物光催化剂粉末。
b)在卤钨灯下降解10mg/l亚甲基蓝染料，暗反应1个小时后再光照3小时。染料降解率为84.6％。
实施例4
a)称取0.1390g Na2SnO3·4H2O和1.9403g Bi(NO3)3·5H2O，将Bi(NO3)3·5H2O溶于10ml的去离子水中，再将Na2SnO3·4H2O加入其中，混合，搅拌，再往混合液中加入10ml 1mol/l的NaOH溶液中，调节pH＝10，搅拌后倒入反应釜中，在240℃下水热反应72小时，冷至室温后过滤，用去离子水和无水乙醇洗涤，室温下干燥，得到烧绿石型复合氧化物光催化剂粉末。
b)在卤钨灯下降解10mg/l亚甲基蓝染料，暗反应1个小时后再光照3小时。染料降解率为83.5％。
实施例5
a)称取1.1399g Na2SnO3·4H2O和1.5323g Y(NO3)3·6H2O，将Y(NO3)3·6H2O溶于10ml的去离子水中，再将Na2SnO3·4H2O加入其中，混合，搅拌，再往混合液中加入10ml 1mol/l的NaOH溶液中，调节pH＝7.13，搅拌后倒入反应釜中，在240℃下水热反应72小时，冷至室温后过滤，用去离子水和无水乙醇洗涤，室温下干燥，得到烧绿石型复合氧化物光催化剂粉末。
b)在卤钨灯下降解10mg/ly亚甲基蓝染料，暗反应1个小时后再光照3小时。染料降解率为34.3％。
实施例6
a)称取1.1401g Na2SnO3·4H2O和1.3212g Nd(NO3)3·6H2O，将Nd(NO3)3·6H2O溶于10ml的去离子水中，再将Na2SnO3·4H2O加入其中，混合，搅拌，再往混合液中加入10ml 1mol/l的NaOH溶液中，调节ph＝7.67，搅拌后倒入反应釜中，在240℃下水热反应72小时，冷至室温后过滤，用去离子水和无水乙醇洗涤，室温下干燥，得到烧绿石型复合氧化物光催化剂粉末。
b)在卤钨灯下降解10mg/ly亚甲基蓝染料，暗反应1个小时后再光照3小时。染料降解率为33.9％。
实施例7
a)称取1.1398g Na2SnO3·4H2O和1.7380g Ce(NO3)3·6H2O，将Ce(NO3)3·6H2O溶于10ml的去离子水中，再将Na2SnO3·4H2O加入其中，混合，搅拌，再往混合液中加入10ml 1mol/l的NaOH溶液中，调节pH＝7.18，搅拌后倒入反应釜中，在240℃下水热反应72小时，冷至室温后过滤，用去离子水和无水乙醇洗涤，室温下干燥，得到烧绿石型复合氧化物光催化剂粉末。
b)在卤钨灯下降解10mg/ly亚甲基蓝染料，暗反应1个小时后再光照3小时。染料降解率为33.4％。
Claims (6)
1.一种烧绿石型复合氧化物光催化剂的制备方法，其特征在于该光催化剂的结构式为A2B2O7，其中：A＝Bi、Y、Ce或Nd，B＝Sn；其具体制备步骤如下：
按摩尔比为1∶1称取金属硝酸盐和四氯化锡，分别溶于1～8mol/l的盐酸溶液，盐酸溶液与金属硝酸盐的摩尔比为10∶1～20∶1，溶解后将两者混合，缓慢加入1～10mol/l氨水溶液调节pH＝2～10，所得沉淀烘干，在180℃下反应12～24小时后放入马弗炉中，在500℃下煅烧1～5小时，冷至室温后，得到烧绿石型复合氧化物光催化剂粉末；
或者
按摩尔比为1∶1称取金属硝酸盐和锡酸钠，将金属硝酸盐溶于水，水与金属硝酸盐的质量比为2∶1～10∶1，再加入锡酸钠混合，搅拌，用1～10mol/l氢氧化钠溶液调节pH＝2～10，再倒入高压反应釜中，加水至反应釜体积的70％，密封，在150～250℃下水热反应12～72小时，冷至室温，过滤洗净，干燥，得到烧绿石型复合氧化物光催化剂粉末。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述盐酸溶液浓度为1～4mol/l。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述氨水溶液调节的pH＝2～5。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述氨水溶液浓度为7～10mol/l。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述氢氧化钠溶液浓度为1～4mol/l。
6.根据权利要求1的制备方法，其特征在于所述氢氧化钠溶液调节的pH＝7～10。
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