[发明专利]具有光催化活性的铌酸铋多孔微米球及其超声雾化制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有光催化活性的无机非金属材料的制备,尤其涉及一种具有光催化活性的铌酸铋多孔微米球及其制备方法。

背景技术

随着环保意识的提高，近年来对环境保护、节约能源和能量转化等方面有了更广泛的关注。光催化剂作为一种先进新能源被应用于光解水制氢、有机污染物的降解、材料自清洁、环境净化和医药卫生等诸多领域。与很多种类型的催化剂相比，它被看成是一种高效环保和成本节约型催化剂。在环境污染控制领域,光催化是一种可以通过太阳能激发半导体所产生的活性自由基,来实现环境中多种有毒有害物质高效去除的新兴技术,具有广阔的应用前景。二氧化钛作为第一代半导体光催化剂已经得到了广泛的研究，但因其带隙宽只能在紫外光照射才能被激发;且产生的电子空穴易复合,导致量子效率较低,极大地影响其光催化活性，其应用受到一定的限制。因此，开发制备过程简便、催化活性高的异质结光催化剂具有重要的实际意义。

许多研究表明，铋系化合物具有较好的可见光催化活性，成为当下光催化环境领域的研究热点。目前已经制备出了KNb₃O₁₈、Bi₅Nb₃O₁₅、BiNbO₄、Bi₂MNbO₇、Bi₂WO₆、BiVO₄、Bi₂MoO₆等铋系光催化剂。BiNbO₄是近年来备受关注的一种微波介质陶瓷,具有高介电常数、低损耗、低温度系数等优点。BiNbO₄有低温型α-BiNbO₄和高温型β-BiNbO₄两种晶体结构。α-BiNbO₄属于斜方晶系,Bi和Nb都与氧形成畸变的八面体,八面体通过四个边角相连,整个结构可看作是由被Bi³⁺离子所分隔开的多层[NbO₄]^3-单元群所组成。β-BiNbO₄的结构畸变程度更大,具有反铁电性和铁弹性。低温相α-BiNbO₄在1020℃下可稳定存在,当超过这个温度时发生不可逆相变成为三斜相。

中国专利CN101948310A将过渡金属元素掺杂进入铌酸铋钙陶瓷材料，使其压电性能比未掺杂的铌酸铋钙陶瓷的压电性能有很大的提高。中国专利CN103936418A采用固相法制备出了A位锂、铈(Li,Ce),B位钨(W)不同掺杂量的铌酸铋钙(CBN)陶瓷粉体材料，在较低的烧结温度(～1100)℃下制备得到的该陶瓷材料,其晶粒比较致密、晶粒均匀,提高了烧结活性及陶瓷的致密性,使得烧结效果更好，且压电性能大大提高,并降低其介电损耗。中国专利CN102294271A将制备得到的纳米铌酸铋光催化剂负载在LSA900C型合成树脂上，制得的合成树脂负载纳米铌酸铋光催化剂催化效率高、催化活性大、负载牢固性强且使用寿命长。

目前有关BiNbO₄材料在光催化领域的报道不多。传统方法多采用固相反应法和共沉淀法来制备BiNbO₄材料。但固相反应法需要在很高的温度下焙烧，耗能较高，且两种方法得到的BiNbO₄材料均呈现片状颗粒相互聚集的形貌，致使所得样品的比表面积很小。随着焙烧温度的增加，样品由疏松结构逐渐向致密结构变化，使得样品小的比表面积继续下降，影响其光催化性能。为了更好地利用铌酸铋的光催化降解性能,研究人员开发了不同微观结构、比表面积及光学特性的铌酸铋材料，但鲜有报道球状结构的铌酸铋。通过传统方法得到的材料仍无法克服铌酸铋粒子的团聚，导致光降解能力下降。

发明内容

本发明第一个目的在于提供一种制备工艺合理、可控、快速、绿色环保、且具有连续化生产力的具有光催化活性的铌酸铋多孔微米球制备方法。

本发明的第二个目的在于提供一种通过对原料的用量及超声喷雾法条件的精准控制，获得了表面粗糙多孔，平均直径1-3um的具有光催化活性的铌酸铋多孔微米球制。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种具有光催化活性的铌酸铋多孔微米球的超声雾化制备方法，其特征在于，包括以下步骤：