[发明专利]中空结构铁酸铋微球光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于催化剂技术，具体地说是一种中空结构铁酸铋微球 光催化剂及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的进步、化学工业的发展，同时也带来了一些难 降解的有机化合物的产生。各种防腐剂、杀虫剂、除草剂等的广泛 应用促进了工农业生产，但也给自然生态环境造成了一定的危害。 某些有毒害的有机物对微生物有很强的抑制作用，有的还通过土壤 渗入地下水，给人们的正常生活带来了威胁。甚至有的对微生物有 毒害作用，造成无法用生物方法对其进行有效地降解。对于这些污 染环境的有机废水人们努力采用各种方法进行处理，当前人们普遍 采用紫外辐射、臭氧、芬顿试剂和光催化等氧化技术来进行处理， 将一些具有复杂结构的有机化合物进行转化或降解，转变为易于生 物降解的或毒性较小的有机物。其中采用TiO₂作为光催化剂对难降 解有机废水进行处理是当前环境科学的常用技术之一。TiO₂在波长 小于400nm的光照射下，价带电子被激发到导带，形成了电子和空穴 对并迁移到表面，和吸附在表面的化合物发生氧化还原作用，生成 超氧化物阴离子自由基，这些自由基具有光化分解有机污染物的功 能。但是TiO₂光催化板的缺点是：1、由于各种基板的差异，使TiO₂薄膜附着性不好，在使用过程中容易脱落；光催化效率降低，制约 了光催化技术的推广应用；2、TiO₂光催化板寿命短；3、制作工艺 复杂。

铋系催化剂是非氧化钛光催化剂中最为重要的一类催化剂，主 要原因是Bi_6s轨道的电子可以与O_2p轨道杂化形成新的价带因而能从 根本上提高半导体催化剂的最高价带以降低禁带宽度，铋系催化剂 的特殊性质，引起了发明家对其光化学性能的广泛重视。韩国发明 水热法制备BiFeO₃并用来光催化降解有机染料；中国发明了溶胶凝 胶法制备BiFeO₃以光催化降解有机染料；发明了固相法制备BiFeO₃， 将含Bi元素和其它元素的氧化物或其金属盐机械混合后直接在高温 下烧结制备BiFeO₃。由于目前制备的BiFeO₃催化剂技术中存在催化剂 粒径大、比表面积小，不利于污染物分子在催化剂表面的吸附，使 得光催化的活性难以提高的缺点；同时，现有技术中有的方法采用 甲氧基乙醇等有毒溶剂，给环境带来污染。因此发明一种比表面积 大、结构可控的BiFeO₃可见光催化剂及其制备方法，对于进一步提 高光催化效率是十分有意义的。

本发明利用溶剂热法采用较高的反应温度和压力，有效加快反 应速度，实现在常规条件下不能进行的反应；同时溶剂热法的反应 条件易于控制，有利于晶体的可控生长，得到晶粒尺寸小的催化剂 材料。改变溶剂热的反应温度和反应时间，可以有效抑制粒子的团 聚并且得到结构可控的纳米粉体，对于提高催化性能有着良好的效 果。

本发明在世界上首次利用溶剂热法合成了粒径均匀、具有中空 结构的铁酸铋微球光催化剂，通过改变陈化时间、陈化温度、焙烧 温度等工艺条件，发明了比表面积大、粒径均匀、结构可控、光催 化效率高、无环境污染的中空结构铁酸铋微球光催化剂及其制备方 法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种比表面积大、粒径均匀、结构可控、 光催化效率高、无环境污染的中空结构铁酸铋微球光催化剂。

本发明的另一个目的在于提供上述中空结构铁酸铋微球光催化 剂的制备方法。

本发明的再一个目的在于提供上述中空结构铁酸铋微球光催化 剂的用途。

本发明目的是这样实现的：

一种中空结构铁酸铋微球光催化剂：分子式为BiFeO₃，粒径 1.0～2.0μm，球壁厚度为100～200nm，比表面为7.2～28.1m²/g。

中空结构铁酸铋微球光催化剂，制备方法如下：

(1)取3份体积的无水乙醇与1份体积甘油混合，制备混合醇 溶液；

(2)将铋盐、铁盐溶于混合醇溶液中，加入柠檬酸并混合均匀；

(3)将步骤(2)制得的溶液360W超声分散10分钟，放入不 锈钢水热釜中进行溶剂热陈化，收集形成产物；