本发明专利技术公开了一种可见光响应的刚玉结构型复合氧化物光催化剂Mg4Nb2-xTaxO9及其制备方法。该光催化剂的化学组成通式为Mg4Nb2-xTaxO9,其中0≤x≤2。本发明专利技术还公开了上述材料的制备方法。本发明专利技术制备方法简单、成本低，制备的光催化剂具有优良的催化性能,在可见光照射下具有分解有害化学物质的作用，且稳定性好，具有良好的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种可见光响应的刚玉结构型复合氧化物光催化剂Mg4Nb2_xTax09及其制备方法，属于无机光催化材料领域。
技术介绍
随着社会经济的发展，人们对于能源和生态环境越来越关注，解决能源短缺和环境污染问题是实现可持续发展、提高人民生活质量和保障国家安全的迫切需要。1972年Fujishima发现了 TiO2半导体电极在紫外光照射下具有光解水的作用，由此引发了半导体光催化的研究热潮。其主要领域包括:(I)以太阳光能为能源，以空气中的氧气为氧化剂促使水和空气中的有机污染物彻底分解成co2、h2o和其它无机盐，是一种理想的污染物控制技术；(2)利用太阳能将水分解为氢气和氧气等化学能，是氢能经济的重要组成部分；(3)将太阳能直接转变为电能。虽然TiO2是一种极其优秀的光催化齐U，但由于TiO2的禁带宽度较大(3.2eV)，只有波长等于或小于387 nm的紫外光才能激发TiO2产生导带电子和价带空穴对从而引发光催化反应。但实际到达地表的太阳辐射能量的波长范围集中在46(T 500nm,紫外成分(300 400nm)不足5%，因此如何高效地利用太阳光进行光催化反应，开发能被可见光激发的光催化剂正日益引起人们的兴趣。为了扩展TiO2的响应波长范围以充分利用太阳光，人们对其进行了许多改性研究，包括金属离子掺杂、非金属离子掺杂、表面光敏化、耦合半导体及引入氧空位、离子注入等方法。一些科学工作者已研制出大量的新型多元金属氧化物可见光催化剂，三价铋的复合物如BiV04、Bi2MoO6, Bi2Mo2O9, Bi2Mo3O12和Bi2WO4被报道在可见光下具有良好的吸收。一系列铌(钽)酸盐光催化剂由于具有较高的光催化活性而被广泛研究。例如，烧绿石(pyrochlore)结构型化合物Bi2MnNbO7(M = Al、Ga、In或稀土元素)、鹤猛铁矿(wolframite)结构型化合物 InMO4 (Μ = Nb 或Ta)、Stibotantalite Wolframite 结构型化合物BiMO4 (M = Nb或Ta)等和铌钾复合氧化物光催化剂如层状结构的KNb03、KNb308、K4Nb6O17和孔道结构的K6Nbia6O3tl等都具有较好的光催化性能。虽然光催化研究已进行了若干年，但目前报道的具有可见光响应的光催化剂种类仍很有限，仍存在着光转换效率低、稳定性差和光谱相应范围窄等问题，所以研究和开发新的具有可见光响应的高效光催化剂是非常必要。文献报道了刚玉结构型复合氧化物Mg4Nb2-JaxO9的结构与微波介电性能。考虑到目前尚无有关该类化合物光催化性能的研究报道，我们对Mg4Nb2-JaxO9进行了光催化性能研究，结果发现该类化合物具有优异的可见光响应的光催化性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有可见光响应的刚玉结构型复合氧化物光催化剂Mg4Nb2-JaxO9及其制备方法。本专利技术涉及的具有可见光响应的刚玉结构型复合氧化物的化学组成通式为:Mg4Nb2_xTax09,其中 O ^ X ^ 2ο所述刚玉结构型复合氧化物的制备方法具体步骤为: (I)将99.9%分析纯的化学原料MgO、Nb2O5和Ta2O5,按Mg4Nb2_xTax09化学式称量配料，其中O彡X彡2。(2)将步骤(I)配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化锆球和无水乙醇，球磨8小时，混合磨细 ，取出烘干，过200目筛。(3)将步骤(2)混合均匀的粉料在125(Tl350°C预烧，并保温6小时，自然冷却至室温，然后通过球磨机等粉碎手段使粒子直径变小，低于2 μ m，即得到复合氧化物Mg4Nb2-JaxO9 粉末。本专利技术制备方法简单、成本低，制备的光催化剂具有优良的催化性能，在可见光照射下具有分解有害化学物质、有机生物质和杀菌的作用。具体实施例方式 下面将对本专利技术进行具体说明: 1、为了得到本专利技术中所使用的复合氧化物，首先使用固相合成法制备粉末，即把作为原料的各种氧化物或碳酸盐按照目标组成化学计量比进行混合，再在常压下于空气气氛中合成。2、为了能够有效利用光，本专利技术中的光催化剂的尺寸最好在微米级别，甚至是纳米粒子，且比表面积较大。用固相合成法制备的氧化物粉末，其粒子较大而表面积较小，但是可以通过球磨机等粉碎手段使粒子直径变小。3、本专利技术的光催化实验以甲基橙作为模拟有机污染物，其浓度为20mg/L ;刚玉结构型复合氧化物光催化剂Mg4NlvxTaxO9的加入量为lg/L ;光源使用300W的氙灯，反应槽使用硼硅酸玻璃制成的器皿，通过滤波器得到波长大于420nm长波长的光，然后照射光催化剂；催化时间设定为120分钟。实施例1: (I)将99.9%分析纯的化学原料MgO和Ta2O5,按Mg4Ta2O9化学式称量配料。(2)将步骤(I)配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化锆球和无水乙醇，球磨8小时，混合磨细，取出烘干，过200目筛。(3)将步骤(2)混合均匀的粉料在1350°C预烧，并保温6小时，自然冷却至室温，然后通过球磨机粉碎手段使粒子直径变小，低于2 μ m，即得到复合氧化物Mg4Ta2O9粉末。所制备的光催化剂，在波长大于420nm的可见光照射下，120分钟对甲基橙去除率达到98.3%ο实施例2: (I)将99.9%分析纯的化学原料MgO和Nb2O5,按Mg4Nb2O9化学式称量配料。(2)将步骤(I)配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化锆球和无水乙醇，球磨8小时，混合磨细，取出烘干，过200目筛。(3)将步骤(2)混合均匀的粉料在1250°C预烧，并保温6小时，自然冷却至室温，然后通过球磨机粉碎手段使粒子直径变小，低于2 μ m，即得到复合氧化物Mg4Nb2O9粉末。所制备的光催化剂，在波长大于420nm的可见光照射下，120分钟对甲基橙去除率达到98.7%。实施例3:(I)将99.9%分析纯的化学原料MgO、Nb2O5和Ta2O5,按Mg4NbTaO9化学式称量配料。(2)将步骤(I)配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化锆球和无水乙醇，球磨8小时，混合磨细，取出烘干，过200目筛。(3)将步骤(2)混合均匀的粉料在1300°C预烧，并保温6小时，自然冷却至室温，然后通过球磨机粉碎手段使粒子直径变小，低于2 μ m，即得到复合氧化物Mg4NbTaO9粉末。所制备的光催化剂，在波长大于420nm的可见光照射下，120分钟对甲基橙去除率达到98.6%ο实施例4:(I)将99.9%分析纯的化学原料Mg0、Nb205和Ta2O5,按Mg4Nba 5TaL 509化学式称量配料。(2)将步骤(I)配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化锆球和无水乙醇，球磨8小时，混合磨细，取出烘干，过200目筛。(3)将步骤(2)混合均匀的粉料在1320°C预烧，并保温6小时，自然冷却至室温，然后通过球磨机粉碎手段使粒子直径变小，低于2 μ m，即得到复合氧化物Mg4Nba5Tah5O9粉末。所制备的光催化剂，在波长大于420nm的可见光照射下，120分钟对甲基橙去除率达到98.1%。本专利技术决不限于以上实施例。具有与Mg相似结构与化学性质的元素如Co、Zn等也可以做出与本专利技术类似晶体结构与性能的光催化剂。各组成、温度的上下限、区间取值都能实现本本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种复合氧化物作为可见光响应的光催化剂的应用，其特征在于所述复合氧化物的化学组成通式为：Mg4Nb2?xTaxO9,?其中0≤x≤2；所述复合氧化物的制备方法具体步骤为：（1）将99.9%分析纯的化学原料MgO、Nb2O5和Ta2O5，按Mg4Nb2?xTaxO9化学式称量配料，其中0≤x≤2；（2）将步骤（1）配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化锆球和无水乙醇，球磨8小时，混合磨细，取出烘干，过200目筛；（3）将步骤（2）混合均匀的粉料在1250~1350℃预烧，并保温6小时，自然冷却至室温，然后通过球磨机粉碎手段使粒子直径变小，低于2μm，即得到复合氧化物Mg4Nb2?xTaxO9粉末。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：方亮，唐莹，韦珍海，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：
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