核-壳结构的铒钆锑基复合磁性颗粒光催化剂、制备及应用，光催化剂材料的结构式：Gd3-xErxSbO7(0.5≤x≤1)，粒径为0.04-0.32微米。采用γ-Fe2O3铁磁性颗粒核-Gd3-xErxSbO7(0.5≤x≤1)、SiO2Gd3-xErxSbO7(0.5≤x≤1)、MnO-Gd3-xErxSbO7(0.5≤x≤1)；γ-Fe2O3、SiO2和MnO的粒径为0.06-1微米，Gd3-xErxSbO7(0.5≤x≤1)包裹核后粒径为0.09-1.30微米。上述材料分别负载Pt、NiO或RuO2辅助催化剂；辅助催化剂添加质量比20-30%，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或降解废水。
【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Gd3_xErxSb07(0.5彡x彡I)及“磁性颗粒核-光催化剂壳”结构的Y-Fe2O3-Gd3^xErxSbO7 (0.5 彡 x 彡 I)(光催化剂壳)、SiO2-Gd3^xErxSbO7 (0.5 彡 x 彡 I)、MnO-Gd3^xErxSbO7 (0.5彡x彡I)，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
随着经济不断发展，近年来水环境污染问题日益严重。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。关于新型光催化材料的研究开发，逐年盛行起来。众所周知，太阳光谱中紫外光能不到5%，而波长为400-750nm的可见光则占到近43%。如果利用光催化材料解决水体污染问题不能有效地利用可见光，则作为解决环境污染问题的光催化材料存在的意义会大大削弱。而且就环境净化而言，对于没有紫外光的室内的应用也将受到限制。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，为了有效地利用太阳光，我们希望开发在可见光下具有光催化活性的光催化材料，从而解决迫在眉睫的水环境污染及能源紧缺问题。对于可见光响应型环境光催化材料的开发，其主流之一是在紫外光照射下显示高活性的TiO2中以掺杂异种金属而使之具有可见光响应的研究。另一个主流是探索带隙宽度窄且在可见光区域具有吸收特性的非氧化物半导体。典型的有硫化镉、硒化镉等硫族金属化合物及有机材料等。但这些材料由于在光照下生成的带电空穴的作用而被氧化溶解，存在没有稳定的功能等问题。因此，希望研究开发在光照下其结构和光电化学特性都稳定的化合物作为光催化材料来降解水体内污染物。利用这些粉末光催化材料和太阳能来降解水体内有机污染物或分解有毒污染物的研究引起科学家们浓厚的兴趣，就净化被污染的水体环境而言，这些半导体氧化物光催化粉末材料在未来将扮演极其重要的角色。新型可见光响应型光催化材料的基本设计思想是控制晶体结构和电子态。其光催化原理是当能量大于半导体禁带宽度的光照射到半导体上时，半导体价带上的电子吸收光能被激发到导带上，因而在导带上产生带负电的高活性电子，在价带上产生带正电的空穴，形成光生电子和光生空穴对的氧化还原体系。溶解氧、水、电子及空穴发生作用，最终产生具有高度化学活性的羟基自由基，利用这种高度活性的羟基自由基可以氧化水中多种难降解有机物为0)2和水等小分子无机物；或者利用价带内具有强烈的氧化能力的光生空穴，可以把有机物迅速氧化分解为二氧化碳和水等无机物。从而可用于环境净化及降解水体内有机污染物。因此，为提高半导体氧化物薄膜材料降解水体有机污染物的效率，半导体氧化物薄膜材料的禁带应足够窄，且太阳光照射后形成的光生电子和光生空穴对应该不容易复口 O日本从80年代即开始进行TiO2光催化材料应用于水净化处理的研究，但因为光催化氧化降解水体污染物是在光催化材料表面上进行的三维平面反应，粉末状的TiO2光催化粉末材料在水处理后很难从水中分离，回收重用困难。基于此，薄膜状光催化材料的研究就显得尤为重要，可避免被污染水体净化过程中水的二次污染。而利用半导体氧化物薄膜光催化材料来降解水体内有机污染物的研究却鲜见报导。近年来，科学家们在新型可见光光催化材料的研究方面，取得了很多成果:采用Bi12GeO2tl粉末能有效降解甲基橙等有机物；采用Co304/BiV04可以降解苯酚；采用Ta3N5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Fea9NiaiTaO4和可见光可以分解水制取氢气。付希贤制备 的LaFeO3、LaFei_xCux03(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。另夕卜，采用新型可见光响应型光催化材料，可以充分利用太阳光谱中43%的可见光，将水分解为氢气和氧气，进而获得洁净、无二次污染的氢能源，缓解石油和天然气即将枯竭所带来的能源危机。利用这些上述氢能源可以制备燃料电池用于电动汽车和电动自行车等交通工具的能源动力。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，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。综上所述，采用新型的光催化材料，在可见光照射下，不但可以降解水体中的有机污染物，还能制备洁净的氢能源，在一定程度上既解决了环境污染问题，也解决了能源危机。因此，因此开发新型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。
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Gd3_xErxSb07 (0.5彡x彡I)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”结构的乂十⑷八铁磁性颗粒核^^^叫⑴.5彡X彡I)(光催化剂壳)、SiO2 (顺磁性颗粒核)-Gd3_xErxSb07 (0.5 ^ X ^ I)(光催化剂壳)、MnO (反铁磁性颗粒核)-Gd3_xErxSb07 (光催化剂壳)制备工艺、性能表征及应用。尤其是采用稀土 Er的氧化物材料具有更好的效果。本专利技术的技术方案是:粉末催化材料，如下述结构式:Gd3_xErxSb07(0.5彡x彡I)，粉末的粒径为0.04-0.32微米。核-壳结构的催化材料Y -Fe2O3 (铁磁性颗粒核)_Gd3_xErxSb07 (0.5彡x彡I)(光催化剂壳)、Si02(顺磁性颗粒核)-Gd3_xErxSb07(0.5彡x彡I)(光催化剂壳)、MnO(反铁磁性颗粒核)-Gd3^xErxSbO7 (0.5 ^ X ^ I)(光催化剂壳)。Y -Fe203> SiO2和MnO的粒径为0.06-1微米，Gd3^xErxSbO7 (0.5彡x彡I)包裹核后粒径为0.09-1.30微米。粉末催化材料或核-壳结构光催化材料的应用，通过Gd3_xErxSb07 (0.5彡x彡I)粉末为催化剂，或分别负载Pt、NiO或RuO2辅助催化剂(成本较低的方案是:添加20-30%质量比的NiO或RuO2颗粒或粉末与Gd3_本文档来自技高网...
【技术保护点】
光催化催化材料，其特征是为如下述结构式：Gd3?xErxSbO7(0.5≤x≤1)，粒径为0.04?0.32微米。
【技术特征摘要】
1.光催化催化材料，其特征是为如下述结构式:Gd3_xErxSb07(0.5彡X彡I)，粒径为0.04-0.32 微米。2.根据权利要求1所述的核-壳结构的催化材料，其特征是Y-Fe2O3铁磁性颗粒核-Gd3_xErxSb07(0.5 < X < I)(光催化剂壳)、Si02(顺磁性颗粒核)-Gd3_xErxSb07(0.5 < X < I)(光催化剂壳)、MnO (反铁磁性颗粒核)-Gd3_xErxSb07(0.5 彡 X 彡 I)(光催化剂壳)；Y -Fe203> SiO2 和 MnO 的粒径为 0.06-1 微米，Gd3^xErxSbO7 (0.5 ^ X ^ I)包裹核后粒径为 0.09-1.30 微米。3.根据权利要求2所述的粉末催化材料或核-壳结构光催化材料的应用，其特征是核-壳结构的催化材料或分别负载Pt、NiO或RuO2辅助催化剂；辅助催化剂添加质量比20-30%，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或降解废水。4.根据权利要求3所述的粉末催化材料或核-壳结构光催化材料的应用，其特征是核-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达旦黄(C28H19N5Na2O6S4)、苯胺蓝(C32H25N3Na2O9S3)、二氨基绿B(C34H22N8Na2O10S2)、核固红(C14H8NNaO7S)、丽春红 S(C22H12N4Na4O13S4)、亚甲基兰(C16H18ClN3S)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Y -Fe2O3 (铁磁性颗粒核)-Gd3_xErxSb07 (光催化剂壳)、SiO2 (顺磁性颗粒核)-Gd3^xErxSbO7 (光催化剂壳)和MnO (反铁磁性颗粒核)-Gd3_xErxSb07 (光催化剂壳)作为催化剂，上述三种磁性复合光催化材料或添加20-30...
【专利技术属性】
技术研发人员：栾景飞，裴冬华，陈标杭，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：
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