核-壳结构的催化材料，γ-Fe2O3-Fe3-xBixNbO7(0.5≤x≤1)、SiO2-Fe3-xBixNbO7(0.5≤x≤1)、MnO-Fe3-xBixNbO7(0.5≤x≤1)；γ-Fe2O3、SiO2和MnO的粒径为0.06-2微米，Fe3-xBixNbO7(0.5≤x≤1)包裹核后粒径为0.08-1.2微米；核-壳结构的催化材料的应用，通过磁场装置和核-壳结构光催化材料构成的反应系统降解废水中的有机污染物五氯苯酚、阿特拉津、敌草隆和结晶紫等，磁场强度选取0.5～5T，光源为氙灯或高压汞灯；上述三种磁性复合光催化材料的体积百分比各占体积比均为三分之一，使其均匀分布在水溶液内，并同时采用充氧曝气；整个光照反应在密闭不透光的环境下进行。通过多靶磁控溅射沉积方法、脉冲激光溅射沉积方法或金属有机物化学气相沉积方法在磁性颗粒核上面负载新型催化剂。
Core shell structure bismuth iron niobium based composite magnetic particle photocatalyst, preparation and Application
Catalytic materials with core-shell structure, gamma -Fe2O3-Fe3-xBixNbO7 (x = 0.5 ~ 1), SiO2-Fe3-xBixNbO7 (0.5 x 1), MnO-Fe3-xBixNbO7 (0.5 = x = 1); -Fe2O3, SiO2 and MnO gamma 0.06-2 micron particle diameter, Fe3-xBixNbO7 (x = 0.5 ~ 1) package after the nuclear size is 0.08-1.2 micro meter; application of catalytic materials with core-shell structure, the magnetic field device and reaction system degradation form core-shell structure photocatalytic materials in organic pollutants pentachlorophenol, atrazine, diuron and crystal violet, the magnetic field strength by 0.5 ~ 5T, the light source is a xenon lamp or high-pressure mercury lamp; percentage of the three kinds of magnetic composite photocatalytic material volume of different volume ratio was 1/3, the uniform distribution in the aqueous solution, and at the same time by aeration; the light reaction in a sealed opaque environment. A novel catalyst was prepared on the magnetic particle nucleus by multi target magnetron sputtering, pulsed laser deposition or metal organic chemical vapor deposition.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种新型光催化剂、制备及应用，尤其粉末催化材 料i^3_xBixNb07(0.5 ^ χ ^ 1)及“磁性颗粒核-光催化剂壳”结构的 Y -Fe2O3-Fe3^xBixNbO7 (0. 5 彡 χ 彡 1)(光催化剂壳)、SiO2-Fe3^xBixNbO7 (0. 5 彡 χ 彡 1)、 MnO-Fe3^xBixNbO7 (0. 5彡χ彡1)，制备工艺，经光催化去除水体中的有机污染物的应用，及光 催化分解水制取氢气的应用。
技术介绍
在水体环境中，难于生物降解的有机污染物的处理一直是水处理领域中的难点和 热点课题。难于生物降解的有机污染物对人体的健康有极大的危害，对生态环境拥有巨大 的破坏作用，因此应该寻找优良的技术及工艺去除水体中的这类污染物。由于常规生化处 理方法对这类物质的去除效果差或基本无处理效果，必须采用光催化高级氧化技术及新型 光催化材料对其有针对性的去除。进而导致水中难降解性有机物的新型高级氧化处理技术 的开发研究成为目前国际环境工程领域的热点和前沿课题。此外，采用低廉的成本制备新 型洁净的能源氢气也是目前的热点课题，基于此，研制能够利用太阳能且具有可见光相应 的新型光催化材料也迫在眉睫。新型半导体光催化材料及光催化高级氧化技术是各国科学家们公认的处理水中 难降解性有机物最有效、最有市场前景的催化材料和技术工艺，利用新型半导体光催化材 料及光催化高级氧化技术可以高效率地降解水体中的难降解性有机污染物，光催化高级氧 化技术在难生物降解性有机物的矿化分解等方面比电催化、湿式催化氧化技术具有明显的 优点，此外光催化高级氧化技术及半导体光催化材料也是目前分解水制取氢气较廉价和最 环保的技术和催化材料。但上述光催化技术及半导体粉末催化材料在去除水体中有机污染 物方面与分解水制取氢气方面尚未工业化，主要存在如下两个问题(1)悬浮体系光催化 体系光催化效率高，存在催化剂后处理问题，如果将光催化剂固定在玻璃等材料上可以解 决光催化剂的分离回收问题，但其光催化效率却明显低于悬浮体系；(2) 二氧化钛仅能吸 收紫外光，在可见光范围没有响应，对太阳光的利用率低)，而太阳光谱中紫外光部分 只占不到5 %，而波长为400-750nm的可见光则占太阳光谱的43 %，如果能将太阳光中的紫 外光波段和可见光波段同时充分利用起来，光量子效率将会得到很大提高。因此，在保证较 高的光催化效率的前提下解决光催化剂的回收和量子效率问题成了光催化去除水体中有 机污染物及光催化分解水制取氢气工业化应用的关键。目前，提高光催化剂的光利用率主要有两个方向。一是二氧化钛可见光化，如N、 s、c等非金属元素部分取代二氧化钛中的氧元素，能够降低半导体光催化材料的带隙能，扩 展了其光响应范围，在一定程度上提高了光量子效率；二是研究开发高效的可见光光催化 材料。近年来，科学家们开展了探索新型可见光光催化材料的研究工作，取得了很多成果 采用Bi12GeO^1粉末能有效降解甲基橙等有机物；采用Co3CVBiVO4可以降解苯酚；采用Tii3N55粒子可以降解亚甲基蓝染料；采用Na2Ta2O6可以降解刚果红染料；采用Bi2GaTaO7可以降解 亚甲基蓝染料；采用!^a9NiaiTaO4和可见光可以分解水制取氢气。付希贤制备的LaFe03、 LaFe1^xCuxO3 (x = 0. 02,0. 05)具有较小的带隙，可以有效利用可见光对水相中的有机物进 行光催化降解。邹志刚等人成功地合成了 CaBi2O4等新型光催化材料，利用CaBi2O4等新型 光催化材料和可见光可以有效地降解水和空气中的甲醛、乙醛、亚甲基蓝和H2S等有害物。 朱永法、赵进才等利用自制的新型材料(如Bi2WO6等)快速有效地降解了水相中罗丹明B， 其效果较传统方法有大幅度的提高。栾景飞课题组首次成功制备了 Ga2BiTaO7粉体光催化 降解水体中亚甲基蓝染料，140分钟后亚甲基蓝被完全降解。因此，扩大光催化材料的光响 应范围是提高光催化量子效率的一个有效方法。目前所报道的可见光光催化材料多是粉未 状，在悬浮体系中有很好的光催化活性，因此开发新型的粉末状光催化材料去除水体中的 有机污染物或分解水制取氢气不但能产生显著的经济效益，而且还能产生巨大的环境效益 和社会效益。此外，为了解决悬浮体系中粉末状光催化材料的二次污染问题，急需制备核壳 状粉末状光催化材料，目的旨在提高核壳状粉末状光催化材料的回收率，同时也保证核壳 状粉末状光催化材料拥有高的光催化量子效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种粉末催化材料i^e3_xBixNb07(0. 5≤χ≤1)及 制备工艺路线及方法、性能表征及应用。以及提出一种“磁性颗粒核-光催化剂 壳”结构的Y -Fe2O3 (铁磁性颗粒核)-Fe3^xBixNbO7 (0. 5≤χ≤1)(光催化剂壳)、 SiO2 (顺磁性颗粒核)-FivxBixNbO7 (0. 5≤χ≤1)(光催化剂壳)、MnO (反铁磁性颗粒 核)-FevxBixNbO7(0. 5≤χ≤1)(光催化剂壳)制备工艺、性能表征及应用。本专利技术的技术方案是粉末催化材料，如下的结构式Fe3_xBixNb07(0. 5≤χ≤1)， 粉末的粒径为0. 04-0. 32微米。核-壳结构的催化材料γ -Fe2O3 (铁磁性颗粒核)-FevxBixNbO7 (0. 5≤χ≤1)(光 催化剂壳)、SiO2 (顺磁性颗粒核)-Fe3_xBixNb07(0. 5 ^ χ ^ 1)(光催化剂壳)、Μη0(反铁 磁性颗粒核)-Fe3^xBixNbO7 (0. 5 ≤ χ ≤1)(光催化剂壳)。Y -Fe203> SiO2和MnO的粒径为 0. 06-2微米，Fe3^xBixNbO7 (0. 5≤χ≤1)包裹核后粒径为0. 08-1. 2微米。粉末催化材料的应用，通过i^3_xBixNb07 (0. 5 ≤ χ ^ 1)粉末为催化剂，或分别负载 Pt，、NiO和RuO2辅助催化剂，光源为氙灯或高压汞灯，在密闭的由多个阀门控制的玻璃管路 内部照明反应器内进行分解水制取氢气。核-壳结构的催化材料的应用，通过磁场装置和核-壳结构光催化材料构成的反 应系统降解废水中的有机污染物五氯苯酚、阿特拉津、敌草隆和结晶紫等，磁场装置是强度 可调式交变磁场发生器，磁场强度选取0. 5 5T (特斯拉)，光源为氙灯或高压汞灯；采用 核-壳结构的催化材料￥呼6203 (铁磁性颗粒核)呼63_!^丨!￡恥07(0.5≤1≤1)(光催化剂 壳),SiO2 (顺磁性颗粒核)-Fe3^xBixNbO7 (0. 5 ^ χ ^ 1)(光催化剂壳)和MnO (反铁磁性颗 粒核)-Fe3^xBixNbO7 (0. 5 ^ χ ^ 1)(光催化剂壳)作为催化剂，上述三种磁性复合光催化材 料的体积百分比各占体积比均为三分之一，上述三种磁性复合催化剂颗粒在水溶液中呈梯 度分布，并且可使其均勻分布在水溶液内上、中、下三层，采用截止滤光片(λ > 420nm)，并 同时采用充氧曝气。整个光照反应在密闭不透光的环境下进行。核-壳结构的催化材料磁性颗粒核-FevxBixNbO7 (0. 5 ^ χ ^ 1)的制备方法其特 征是采用脉冲激光溅本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．粉末催化材料，其特征是用如下的结构式：Ｆｅ３－ｘＢｉｘＮｂＯ７（０．５≤ｘ≤１），粉末的粒径为０．０４－０．３２微米。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：栾景飞，厉明，胡知田，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84
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