[发明专利]一种铌酸盐光催化剂Bi3Nb17O47的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型无机光催化剂材料Bi₃Nb₁₇O₄₇的制备方法及其应用，适用于净化空气和降解水中有机污染物，属于无机光催化材料领域。

背景技术

近些年，随着社会的迅速发展，生态环境污染越来越严重，尤其是有机物的污染更为突出。大多数有机物毒性大，难降解，有机污染物的去除已成为环境保护领域的重要任务。大量研究表明，光催化由于其具有环境友好，能有效去除环境中尤其是废水中的污染物而且耗能较少，无二次污染等特点受到众多研究者的青睐。光催化反应不仅能够深度矿化水中各类有毒污染物，清除空气中可挥发性污染物，甚至对环境中的病原污染物同样具有消毒效果。光催化在直接利用太阳能解决环境污染和能源短缺两大问题上表现出潜在的应用前景。目前，部分基于光催化技术的产品已经走向市场化，如气体净化涂料、光催化气体净化机、抗菌消毒瓷砖、饮用水净化装置等。

光催化反应的机理是催化剂在光的激发下产生电子和空穴，激发态上的电子对染料分子具有强还原性，而空穴对染料分子有强氧化性，空穴和电子传输到催化剂表面和染料分子接触时，就会发生氧化还原法应，将染料分子矿化成小分子，然后进一步分解成CO₂、H₂O以及一些无机盐。

人们对光催化的研究历史可以追溯到上世纪60年代，自从发现TiO₂电极上可光催化分解水，半导体光催化开始受到各界关注。TiO₂光催化剂由于其降解速率快、无选择性、降解完全、廉价、无毒、可循环使用等特点，成为光催化研究领域最主要的光催化剂，除了应用于光催化分解水以外，还在环境污染治理方面具有广泛的应用。但是，以TiO₂为典型代表的光催化剂还存在许多缺陷，TiO₂的禁带宽度为3.2电子伏特，这就说明它只能在波长等于或小于387纳米的紫外光范围内才能起到光催化作用，此外，它还具有电子-空穴复合率较高、量子效率低等缺点。因此，寻找新的光催化体系、扩展光催化剂的响应光谱范围、提高光催化活性将成为光催化领域下一步的研究重点。

本专利申请研究了新型的光催化剂Bi₃Nb₁₇O₄₇，发现该催化剂在紫外光辐照下具有优异的光催化性能，电子-空穴复合率较低，文献的检索证实，目前尚无此类工作的任何报道。

发明内容

本发明的意义在于提供一种制备方法简单、经济环保、光催化活性好、有优异的工业应用前景的铌酸铋光催化剂及其制备方法。

本发明采用的技术方案是：

一种新型铌酸铋光催化材料，化学式为Bi₃Nb₁₇O₄₇，其特征在于：制备的样品物相纯，颗粒尺寸分布均匀，在紫外光的照射下，120分钟对亚甲基蓝的降解率最高可达到90％。

一种铌酸铋光催化材料的制备方法，采用高温固相法，其特征在于包括以下步骤：

（1）以含铋离子Bi³⁺的化合物、含铌离子Nb⁵⁺的化合物为原料，按通式Bi₃Nb₁₇O₄₇中对应元素的化学计量比称取各原料，研磨并混合均匀；

（2）将步骤（1）得到的混合物在空气气氛下预煅烧，预煅烧温度为350～750℃，煅烧时间为3～14小时，自然冷却后，研磨使其混合均匀；

（3）将步骤（2）得到的混合物在空气气氛中煅烧，煅烧温度为750～1200℃，煅烧时间为5～14小时，自然冷却，研磨均匀后即得到一种新型铌酸铋光催化粉末材料。

根据以上步骤所述的一种新型的铌酸铋光催化材料的制备方法，其特征在于：所述的含铋离子Bi³⁺的化合物为氧化铋Bi₂O₃、硝酸铋Bi(NO₃)₃·6H₂O、氢氧化铋Bi(OH)₃和氯化铋BiCl₃中的一种；所述的含有铌离子Nb⁵⁺的化合物为五氧化二铌Nb₂O₅和氯化铌NbCl₅中的一种。