CN103055839A - 锂基岩盐结构复合氧化物光催化剂Li2TiO3及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可见光响应的锂基岩盐结构复合氧化物光催化剂Li2TiO3及其制备方法。该复合氧化物光催化剂的化学组成式为Li2TiO3。将纯度为99.9%的化学原料Li2CO3和TiO2，按Li2TiO3化学式称量配料；将配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化锆球和无水乙醇，球磨12小时，混合磨细，取出烘干，过200目筛；将混合均匀的粉料在750~800℃预烧，并保温8~10小时，自然冷却至室温，然后通过球磨机等粉碎手段使粒子直径变小，低于2μm，即得到复合氧化物光催化剂Li2TiO3粉末。本发明制备方法简单、成本低，制备的光催化剂具有优良的催化性能,在可见光照射下具有分解有害化学物质的作用，且稳定性好，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种可见光响应的锂基岩盐结构复合氧化物光催化剂Li2TiO3及其制备方法，属于无机光催化材料领域。
背景技术
随着社会经济的发展, 人们对于能源和生态环境越来越关注, 解决能源短缺和环境污染问题是实现可持续发展、提高人民生活质量和保障国家安全的迫切需要。
从20世纪70年代末期，人们提出了利用光催化剂分解水中和大气中的农药以及恶臭物质等有机物，以及涂有光催化剂的固体表面的自我清洁等应用实例；光催化反应的原理是光催化剂在吸收了高于其带隙能量的光子后，生成了空穴和电子，这些空穴和电子分别进行氧化反应和还原反应，达到分解有害化学物质、有机生物质和杀菌的目的；光催化剂有许多种, 其中最有代表性的是二氧化钛(TiO2)，已经利用二氧化钛对水中和大气中的农药和恶臭物质等有机物进行分解，然而二氧化钛的带隙是3.2eV，只有在比400nm短的紫外线的照射下才能显现出活性，只能在室内或者有紫外灯的地方工作，几乎不能利用可见光，这大大的限制了二氧化钛光催化剂的使用。
考虑到光催化剂在分解有害物质中的实用性，利用太阳光作为光源是不可缺少的，照射向地表的太阳光中波长在500nm附近可见光的强度最大，波长为400nm~750nm的可见光区的能量大约是太阳光总能量的43%，所以为了高效的利用太阳光谱，寻找具有可见光响应的光催化剂引起了人们的重视。
光催化材料在解决能源和环境问题方面有重要的应用前景，近些年来, 光催化剂已引起世界各国科学家的关注，许多著名研究机构和企业相继投入巨资从事光催化剂机理和应用的研究,光催化剂在抗菌、脱臭、防污和水处理等许多领域已开始进入推广应用阶段，一些科学家认为，由于光催化剂有良好的环境净化作用, 随着各国研究工作的深入, 这种新材料将成为21 世纪最有希望的新兴材料产品之一。
虽然光催化研究已进行了若干年，但目前报道的具有可见光响应的光催化剂种类仍很有限，仍存在着光转换效率低、稳定性差和光谱相应范围窄等问题，所以研究和开发新的具有可见光响应的高效光催化剂是非常必要；近来关于复合氧化物的光催化剂有不少报道，中国专利ZL 201110094355.8公开了可见光响应的复合氧化物光催化剂LiWNb1-xTaxO6及制备方法，中国专利ZL 201110074988.2公开了可见光响应的复合氧化物光催化剂LiCuNb1-xTaxO4及制备方法，以上发明的光催化剂，虽光催化效果较好，但大部分的光催化剂都使用了成本较高的Ta2O5、Nb2O5原料，从而给推广使用带来了很多困难。
最近我们对锂基岩盐结构氧化物Li2TiO3进行了光催化性能研究，结果发现该类化合物具有优异的可见光响应的光催化性能，而且采用价格较低且易得的TiO2为原料，可以有效降低成本；经查阅大量文献，目前文献[1. LIANG J, LU W Z. Microwave dielectric properties of Li2TiO3 ceramics doped with ZnO-B2O3 frit. J Am Ceram Soc, 2009, 92(4): 952-954. 2. PANG L X, ZHOU D. Microwave dielectric properties of low-firing Li2MO3 (M=Ti, Zr, Sn) ceramics with B2O3-CuO addition. J Am Ceram Soc, 2010, 93(11): 3614-3617.等]报道了有关Li2TiO3的晶体结构类型与微波介电性能，未见有关光催化性能的报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有可见光响应的锂基岩盐结构复合氧化物光催化剂Li2TiO3及其制备方法。
本发明涉及的可见光响应的锂基岩盐结构复合氧化物光催化剂的组成化学式为：Li2TiO3。
上述可见光响应的锂基岩盐结构复合氧化物光催化剂的制备方法具体步骤为：
(1)将纯度为99.9%的化学原料Li2CO3和TiO2，按Li2TiO3化学式称量配料；
(2)将步骤(1)配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化锆球和无水乙醇，球磨12小时，混合磨细，取出烘干，过200目筛，制得混合均匀的粉料；
(3)将步骤(2)制得的混合均匀的粉料在750~800℃预烧，并保温8~10小时，自然冷却至室温，然后通过球磨机球磨使粒子直径变小，低于2μm，即得到复合氧化物光催化剂Li2TiO3粉末。
本发明制备方法简单、成本低，制备的光催化剂具有优良的催化性能，在可见光照射下具有分解有害化学物质、有机生物质和杀菌的作用。
具体实施方式
下面将对本发明进行具体说明：
1、为了得到本发明中所使用的复合氧化物，首先使用固相合成法制备粉末，即把作为原料的各种氧化物或碳酸盐按照目标组成化学计量比进行混合，再在常压下于空气气氛中合成。
2、为了能够有效利用光，本发明中的光催化剂的尺寸最好在微米级别，甚至是纳米粒子，且比表面积较大，用固相合成法制备的氧化物粉末，其粒子较大而表面积较小，但是可以通过球磨机等粉碎手段使粒子直径变小。
3、本发明的光催化实验以甲基橙作为模拟有机污染物，其浓度为20mg/L；锂基岩盐结构复合氧化物光催化剂Li2TiO3的加入量为1g/L；光源使用300W的氙灯，反应槽使用硼硅酸玻璃制成的器皿，通过滤波器得到波长大于420nm长波长的光，然后照射光催化剂；催化时间设定为120分钟。
实施例
下面以具体的实际操作范例为基础对本发明进行详细说明。
实施例1：
(1)将纯度为99.9%的化学原料Li2CO3和TiO2，按Li2TiO3化学式称量配料；
(2)将步骤(1)配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化锆球和无水乙醇，球磨12小时，混合磨细，取出烘干，过200目筛，制得混合均匀的粉料；
(3)将步骤(2)制得的混合均匀的粉料在750℃预烧，并保温8小时，自然冷却至室温，然后通过球磨机球磨使粒子直径变小，低于2μm，即得到复合氧化物光催化剂Li2TiO3粉末。
所制备的光催化剂，在波长大于420nm的可见光照射下，120分钟对甲基橙去除率达到96.9%。
实施例2：
(1)将纯度为99.9%的化学原料Li2CO3和TiO2，按Li2TiO3化学式称量配料；
(2)将步骤(1)配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化锆球和无水乙醇，球磨12小时，混合磨细，取出烘干，过200目筛，制得混合均匀的粉料；
(3)将步骤(2)制得的混合均匀的粉料在800℃预烧，并保温10小时，自然冷却至室温，然后通过球磨机球磨使粒子直径变小，低于2μm，即得到复合氧化物光催化剂Li2TiO3粉末。
所制备的光催化剂，在波长大于420nm的可见光照射下，120分钟对甲基橙去除率达到98.9%。
实施例3：
(1)将纯度为99.9%的化学原料Li2CO3和TiO2，按Li2TiO3化学式称量配料；
(2)将步骤(1)配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化锆球和无水乙醇，球磨12小时，混合磨细，取出烘干，过200目筛，制得混合均匀的粉料；
(3)将步骤(2)制得的混合均匀的粉料在780℃预烧，并保温9小时，自然冷却至室温，然后通过球磨机球磨使粒子直径变小，低于2μm，即得到复合氧化物光催化剂Li2TiO3粉末。
所制备的光催化剂，在波长大于420nm的可见光照射下，120分钟对甲基橙去除率达到98.1%。
本发明决不限于以上实施例。具有与Ti相似结构与化学性质的元素如Sn、Zr等也可以做出与本发明类似晶体结构与性能的光催化剂。各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数（如温度、时间等）的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
以上发明实施例所制的光催化剂粉末可负载于多种基体表面上。基体可以是玻璃、陶瓷、活性炭、石英砂等，光催化剂可以以薄膜的形式负载于基体表面。
Claims (1)
1.一种锂基岩盐结构复合氧化物作为可见光响应的光催化剂的应用，其特征在于所述复合氧化物的化学组成式为：Li2TiO3；
所述锂基岩盐结构复合氧化物的制备方法具体步骤为：
(1)将纯度为99.9%的化学原料Li2CO3和TiO2，按Li2TiO3化学式称量配料；
(2)将步骤(1)配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化锆球和无水乙醇，球磨12小时，混合磨细，取出烘干，过200目筛，制得混合均匀的粉料；
(3)将步骤(2)制得的混合均匀的粉料在750~800℃预烧，并保温8~10小时，自然冷却至室温，然后通过球磨机球磨使粒子直径变小，低于2μm，即得到复合氧化物Li2TiO3粉末。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130424 |