专利名称：一种新型的碳酸盐光催化剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及纳米半导体光催化领域
背景技术：
随着经济社会的发展和人民生活水平的提高，日益严重的环境污染等威胁到人类 自身生存的问题已成为广泛的公众话题。高效廉价的治理环境污染，特别是大气和水体污 染的新技术，正是目前世界各国科技重点支持项目之一并将在近十年内可能成为新的投资 热点。工业废水，废气处理，生活用水净化，室内空气处理等必将成为利国利民，同时带来广 泛经济效益的新领域。目前处理工业废水的方法主要有物理化学方法和生物法。常用的物 化技术有过滤沉淀浮选法，中和氧化法，石灰解析法，离子交换，吸附萃取等，但这些方法都 难以避免二次污染，产生大量难处理的污泥，并且再生费用昂贵。生物降解主要利用细菌对 可降解有机物的降解作用。但这种方法周期长，占地大，且对低浓度有机污水处理效率低。 空气净化处理方面如采用活性炭吸附，臭氧或紫外线杀菌，负离子净化等大多尚处于概念 化的阶段，能耗高，效率低下，易造成二次污染，无法真正安全高效，大规模的缓解人们居住 环境中的空气污染问题。因此发展更为有效的环境净化处理办法是十分必要的。1972年日本科学家Fujishima A.等发现在紫外光辐照下的TiO2单晶电极上可以 分解水产生氢气和氧气，开辟了半导体光催化技术的新时代。随后Carey等发现在紫外光 照射下，TiO2可使难降解的有机化合物多氯联苯脱氯，光催化由此拓展到治理环境污染的 领域。至今，已发现3000多种难降解的有机化合物可以在紫外线的照射下通过光催化剂迅 速降解，特别是当环境中有机污染物浓度很高或用其他方法很难降解时，这种技术有着明 显的优势。作为一种高级氧化技术(AOPs)，光催化通过在光照下产生大量强氧化性的羟基 自由基与有机物发生降解反应，从而快速彻底的将其转化为C02，H2O等无害的小分子。反 应基本无选择性，不产生二次污染。由于它是一种物理-化学处理过程，反应条件温和，通 常对温度和压力无要求，很容易加以控制，甚至可以降解10_9级的污染物，操作简单易于管 理。目前，在光催化领域居主导地位的TiO2基光催化剂由于化学性质稳定，无毒环保并具有 优良的光催化性能，已有欧美国家尝试用于水处理。只不过TW2只能利用占太阳光谱4% 的紫外光，且光催化量子产率不高( 4% )，因此探索新型的高效光催化剂，和发展第二代 可见光催化剂正是目前学界研究的重点。碳酸盐是一种地壳中常见的矿物，自然界中分布较广，已知矿物有80多种，占地 壳总重量的1.7%。探索碳酸盐系的光催化剂，对降低光催化剂生产成本，提高稳定性和光 催化量子产率，发展新型的可见光催化剂都具有重大的意义。
发明内容
本发明涉及一类新的光催化剂——碳酸盐光催化剂。目的在于探索碳酸盐作为光 催化剂在太阳光的利用方面的作用，以期使用更为常见，廉价的材料，丰富工业选择。碳酸 盐经常在稳定性上比金属氧化物更有优势，自然界中存在大量的碳酸盐，其中镁系碳酸盐为地球地壳中含量第二的金属离子碳酸盐，并在建筑等行业中广泛使用，这使得碳酸盐系 光催化剂生产和使用成本将极为低廉。而碳酸氧铋同时具有一定的杀菌效果，作为世界公 认的绿色金属，铋不会对环境造成二次污染。可以预计，碳酸盐光催化剂在绿色家居，节能 环保，室内空气净化，废水处理等领域将具有广阔的应用前景。本发明涉及碳酸氧铋[Bi2O2 (C03)3]、碱式碳酸镁[Mg5(CO3)4(OH)2]等的沉淀合成方 法。具体过程为将金属盐溶于酸，加入有机物络合，然后加入碳酸盐碳酸氢盐或尿素溶液 或二氧化碳得到沉淀。沉淀物洗涤干燥得到产品。所用的反应物均为常见，廉价的工业原 料，过程方便快捷，设备简单能耗低，能较容易的扩大为工业级生产。产品具有较优良的紫 外光催化性能。我们通过以上方法制备的碳酸氧铋，其颗粒为片状，比表面积为3m2/g。该材料在 256纳米的紫外灯照射下，产品具有较优良的光催化性能。
图1为室温紫外光降解罗丹明B溶液的光催化活性。
具体实施例方式实例1 碳酸氧铋(Bi2ACO3)的合成将一定量Bi (NO3)3 · 5H20溶于HNO3水溶液中形成澄清溶液，向上述澄清液中加入 等化学计量比的聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)，得到的溶液为浑黄色。同时将碳酸钠溶于水中形 成澄清液，Bi (NO3)3与碳酸钠摩尔比为1 1.5。然后，在不断的磁力搅拌下将上述碳酸钠 溶液逐滴滴入硝酸铋溶液中，终点PH值为4-8，所得白色浑浊液搅拌lh，过滤洗涤若干次， 70-120度烘干得到碳酸氧铋产品。实例2:碱式碳酸镁(MgC03)4 · Mg (OH) 2 · 4H20)的合成将一定量MgCl2溶于水形成澄清液，向上述澄清液中加入等化学计量比的聚乙烯 基吡咯烷酮(PVP)，得到的溶液为浑黄色。然后不断磁力搅拌下将碳酸氢钠溶液滴入上述 MgCl2溶液中，MgCl2与碳酸氢钠摩尔比为1 2，所得沉淀过滤洗涤，80-150度烘干得到碱 式碳酸镁产品实例3:紫外光催化降解染料罗丹明B测试紫外光光催化在自制光反应器中进行。取IOOmg催化剂置于石英烧杯中，再加入 IOOmLlO-5罗丹明B溶液，在暗处搅拌0.证，然后置于IOW紫外汞灯照射下。每半小时取样 离心分离，测定溶液中罗丹明B溶液表观吸光度的变化。所得实验结果显示碱式碳酸铋比 氧化铋拥有更为优良的紫外光催化活性，而碱式碳酸镁也具有一定的光催化活性。
权利要求
1.一种新型的碳酸盐光催化剂，该催化剂为一种特殊的碳酸盐纳米颗粒，所得到的颗 粒为片状，比表面积为3m2/g。
2.—种权利要求1的碳酸盐光催化剂的合成方法，特征在于将金属盐溶于酸，加入有 机物进行络合，再加入碳酸盐、碳酸氢盐、尿素或者二氧化碳可得到沉淀，沉淀物洗涤干燥 得到产品。
3.—种如权利要求1所述的碳酸盐光催化剂的用途，其特征为该催化剂可用于空气 净化和废水处理。
全文摘要
本发明提供了一种新型的碳酸盐光催化剂及其制备方法，涉及半导体光催化领域。采用沉淀法，将金属盐溶解于水再加入碳酸盐室温沉淀即可得到产物。生产所用原料价格低廉，制备过程简单，性能优良，所得催化剂可作为常用的工程材料组分因此在安装和使用上具有极大的成本优势。该发明的提出将为碳酸盐作为光催化剂在绿色家居，室内空气净化，废水处理，环保节能中的应用提供现实的途径。
文档编号B01J35/10GK102069003SQ201010115680
公开日2011年5月25日 申请日期2010年1月29日 优先权日2009年11月23日
发明者李广社, 李莉萍, 黄磊 申请人:中国科学院福建物质结构研究所