一種紫外光和可見光響應的光催化劑及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種紫外光和可見光響應的光催化劑及其制備方法，該光催化劑的化學式為Nd5FeTi4O17。本發明專利技術的光催化劑對太陽光的利用率較高，吸收光波長范圍寬，在紫外光和可見光照射下，能分解有害化學物質，具有很強的光催化活性，無毒無味，可滿足在不同環境下的應用。本發明專利技術的Nd5FeTi4O17可采用多種方法制得，制備方法靈活、簡單易行，成本低，原料來源豐富，制備的光催化劑顆粒均勻，且穩定性好，相對于商業TiO2具有更高的光催化活性，經濟實用，在廢水處理、環境保護、氫能源等領域具有潛在的應用價值。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種光催化劑及其制備方法，具體是一種紫外光和可見光響應的光催化劑及其制備方法，屬于無機光催化材料

技術介紹
20世紀以來，人類在享受迅速發展的科技所帶來的舒適和方便的同時，也品嘗著盲目和短視造成的生存環境不斷惡化的苦果。控制污染、保護環境，實現可持續發展是全人類的迫切愿望和共同心聲，光催化技術就是在這樣的背景下從20世紀70年代逐步發展起來的一門新興環保技術。光催化是指利用光催化劑吸收光分解有機物或分解水的過程，以半導體為光催化劑，利用太陽能光催化降解有機和無機污染物的半導體光催化氧化技術是近年來興起的一種有效治理空氣污染和水污染的先進技術，并日益為人們所重視。1972年，日本學者Fujishima和Honda發現光照TiO2電極導致水分解從而產生氫氣這一現象，揭示了利用太陽能分解水制氫或者說將太陽能直接轉換為化學能的可能性。解決日益嚴重的能源危機和環境污染問題極大地推動了光催化研究的迅速發展。現今廣泛使用的半導體光催化劑主要是過渡金屬氧化物，如TiO2、ZnO、WO3、Fe2O3等，其中TiO2以其優異的光電性能而被廣泛研究，但它的幾個缺陷限制了其實際應用：一是TiO2的帶隙較寬(3.2eV)，只能吸收紫外區域的光，對太陽光的利用率低；二是光激發產生的電子與空穴容易復合，光量子效率極低(不到4％)，難于處理數量大、濃度高的工業廢氣和廢水。因此，尋找吸收光波長范圍較寬，光催化活性高，穩定性好的光催化劑材料仍然是一個重要的課題。
技術實現思路
針對上述現有技術存在的問題，本專利技術的目的是提供一種對太陽光的利用率高、光催化活性高、穩定性好、制備簡單的紫外光和可見光響應的光催化劑及其制備方法。為了實現上述目的，本專利技術采用的技術方案是：一種紫外光和可見光響應的光催化劑，化學式為Nd5FeTi4O17。如上所述的紫外光和可見光響應的光催化劑的制備方法，采用高溫固相法，包括以下步驟：(1)以含釹元素的化合物、含鐵元素的化合物、含鈦元素的化合物為原料，按分子式Nd5FeTi4O17中對應元素的化學計量比稱取各原料，研磨后混合均勻；(2)將混合物在空氣氣氛下第一次煅燒，第一次煅燒溫度為300～800℃，第一次煅燒時間為3～16小時，自然冷卻后，研磨并混合均勻；(3)將步驟(2)得到的混合物在空氣氣氛下第二次煅燒，第二次煅燒溫度為800～1100℃，第二次煅燒時間為6～16小時，自然冷卻后，研磨并混合均勻；(4)將步驟(3)得到的混合物在空氣氣氛下最終煅燒，最終煅燒溫度為1200～1300℃，最終煅燒時間為6～16小時，自然冷卻后，研磨并混合均勻后即得到光催化劑粉末。本專利技術高溫固相法的技術方案中，含釹元素的化合物可以為氧化釹、碳酸釹、氯化釹中的一種；含鐵元素的化合物可以為三氧化二鐵、四氧化三鐵、氫氧化鐵中的一種；含鈦元素的化合物為二氧化鈦。本專利技術高溫固相法的優選方案是，步驟(2)第一次煅燒溫度為400～800℃，煅燒時間為3～15小時；步驟(3)第二次煅燒溫度為900～1100℃，煅燒時間為6～15小時；步驟(4)最終煅燒溫度為1250～1300℃，煅燒時間為6～15小時。如上所述的紫外光和可見光響應的光催化劑的制備方法，采用化學溶液法，包括以下步驟：(1)以可溶性釹鹽、可溶性鐵鹽、含鈦元素的化合物為原料，按分子式Nd5FeTi4O17中對應元素的化學計量比稱取各原料，將含鈦元素的化合物溶于無水乙醇中，調節鈦離子的濃度至0.5～0.8mol/L，攪拌0.5小時；(2)將可溶性釹鹽、可溶性鐵鹽用稀鹽酸溶解后分別加入到95％的乙醇溶液中，在70℃下加熱攪拌使其充分溶解，分別配制成釹鹽、鐵鹽乙醇溶液，然后分別加入冰醋酸，調節pH＝2～5，充分攪拌1小時；(3)將步驟(2)得到的釹鹽、鐵鹽乙醇溶液分別緩慢加入到步驟(1)所得的溶液中，繼續攪拌2小時；(4)將步驟(3)所得的溶液在室溫下陳化12小時～48小時，形成透明凝膠，然后放置在烘箱中干燥，溫度為80～100℃，得到前驅體；(5)將前驅體放入馬弗爐中煅燒，煅燒溫度為1050～1250℃，煅燒時間為4～19小時，自然冷卻后，研磨均勻即得到光催化劑粉末。本專利技術化學溶液法的技術方案中，可溶性釹鹽可以為氧化釹、硝酸釹、氫氧化釹中的一種；可溶性鐵鹽可以為氯化鐵、硝酸鐵、氫氧化鐵中的一種；含鈦元素的化合物可以為鈦酸四丁酯、鈦酸異丙酯、四氯化鈦中的一種。本專利技術化學溶液法中，步驟(5)的煅燒溫度優選為1050～1200℃，煅燒時間優選為5～19小時。如上所述的紫外光和可見光響應的光催化劑的制備方法，采用共沉淀法，包括以下步驟：(1)以可溶性釹鹽、可溶性鐵鹽、含鈦元素的化合物為原料，按分子式Nd5FeTi4O17中對應元素的化學計量比稱取各原料，將含鈦元素的化合物溶于無水乙醇中，調節鈦離子的濃度至0.5～0.8mol/L，攪拌0.5小時；將可溶性釹鹽、可溶性鐵鹽用稀鹽酸溶解后分別加入到95％的乙醇溶液中，在70℃下加熱攪拌使其充分溶解，分別配制成釹鹽、鐵鹽乙醇溶液，然后再加入冰醋酸，調節pH＝2～5，充分攪拌1小時；(2)將步驟(1)得到的各原料溶液混合，攪拌均勻后，緩慢滴加體積分數為20％的氨水溶液，調節pH＝8～9，得到沉淀物，離心、洗滌、干燥后，得到前驅體；(3)將前驅體放入馬弗爐中煅燒，煅燒溫度為1050～1250℃，煅燒時間為5～19小時，自然冷卻后，研磨均勻即得到光催化劑粉末。本專利技術共沉淀法的技術方案中，可溶性釹鹽可以為氧化釹、硝酸釹中的一種；可溶性鐵鹽可以為氯化鐵、硝酸鐵、氫氧化鐵中的一種；含鈦元素的化合物可以為鈦酸四丁酯、鈦酸異丙酯、四氯化鈦中的一種。本專利技術共沉淀法中，步驟(3)煅燒溫度優選為1050～1200℃，煅燒時間優選為6～19小時。本專利技術技術方案優點在于：1、Nd5FeTi4O17作為一種新型光催化劑，吸收光波長范圍較寬，在紫外光和可見光照射下，具有分解有害化學物質的作用，具有很強的光催化活性，對太陽光的利用率較高。2、所制備的Nd5FeTi4O17光催化劑顆粒均勻，穩定性較好，無毒無味，可滿足在不同環境下的應用，在廢水處理、環境保護、氫能源等領域具有潛在的應用。3、Nd5FeTi4O17光催化劑原料廉價，來源豐富，制備方法成本低，簡單易行。4、本專利技術無廢水廢氣排放，對環境友好，且易于工業化生產。附圖說明圖1為本專利技術實施例1制得的Nd5FeTi4O17樣品的X射線粉末衍射圖譜；...

【技術保護點】
一種紫外光和可見光響應的光催化劑，其特征在于：化學式為Nd5FeTi4O17。

【技術特征摘要】
1.一種紫外光和可見光響應的光催化劑，其特征在于：化學式為Nd5FeTi4O17。
2.一種如權利要求1所述的紫外光和可見光響應的光催化劑的制備方法，其特征在于，
采用高溫固相法，包括以下步驟：
(1)以含釹元素的化合物、含鐵元素的化合物、含鈦元素的化合物為原料，按分子式
Nd5FeTi4O17中對應元素的化學計量比稱取各原料，研磨后混合均勻；
(2)將混合物在空氣氣氛下第一次煅燒，第一次煅燒溫度為300～800℃，第一次煅燒
時間為3～16小時，自然冷卻后，研磨并混合均勻；
(3)將步驟(2)得到的混合物在空氣氣氛下第二次煅燒，第二次煅燒溫度為800～1100℃，
第二次煅燒時間為6～16小時，自然冷卻后，研磨并混合均勻；
(4)將步驟(3)得到的混合物在空氣氣氛下最終煅燒，最終煅燒溫度為1200～1300℃，
最終煅燒時間為6～16小時，自然冷卻后，研磨并混合均勻后即得到光催化劑粉末。
3.根據權利要求2所述的紫外光和可見光響應的光催化劑的制備方法，其特征在于：所
述的含釹元素的化合物為氧化釹、碳酸釹、氯化釹中的一種；所述的含鐵元素的化合物為三
氧化二鐵、四氧化三鐵、氫氧化鐵中的一種；所述的含鈦元素的化合物為二氧化鈦。
4.根據權利要求2所述的紫外光和可見光響應的光催化劑的制備方法，其特征在于：所
述步驟(2)第一次煅燒溫度為400～800℃，第一次煅燒時間為3～15小時；所述步驟(3)
第二次煅燒溫度為900～1100℃，第二次煅燒時間為6～15小時；所述步驟(4)最終煅燒溫
度為1250～1300℃，最終煅燒時間為6～15小時。
5.一種如權利要求1所述的紫外光和可見光響應的光催化劑的制備方法，其特征在于，
采用化學溶液法，包括以下步驟：
(1)以可溶性釹鹽、可溶性鐵鹽、含鈦元素的化合物為原料，按分子式Nd5FeTi4O17中
對應元素的化學計量比稱取各原料，將含鈦元素的化合物溶于無水乙醇中，調節鈦離子的濃
度至0.5～0.8mol/L，攪拌0.5小時；
(2)將可溶性釹鹽、可溶性鐵鹽用稀鹽酸溶解后分別加入到95％的乙醇溶液中，在70℃
下加熱攪拌使其充分溶解，分別配制成釹鹽、鐵鹽乙醇溶液，然后分別加入冰醋酸，調節
pH＝2～5，充分攪拌1小時；
(3)將步驟(2)得到的釹鹽、鐵鹽乙醇溶液分別緩慢加入到步驟(1)所得的溶液中，<...

【專利技術屬性】
技術研發人員：喬學斌，
申請(專利權)人：江蘇師范大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32