专利名称：核-壳结构的铒钆锑基复合磁性颗粒光催化剂、制备及应用的制作方法
技术领域：
本发明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。
背景技术：
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。
发明内容
本发明的目的是: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。本发明的技术方案是: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_xErxSb07均匀混和)，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。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^xErxSbO7 (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(成本较低且效果更好的方案是:添加20-30%质量比的NiO或RuO2颗粒或粉末与Gd3_xErxSbO#^匀混和)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，并且可使其均匀分布在水溶液内上、中、下三层，采用截止滤光片(λ>420ηπι)，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-Gd3_xErxSb07 (0.5 ^ x ^ I)的制备方法:采用静电相互作用的方法制备核壳型复合微球:借助荷正电乙烯-丙烯酸橡胶AEM修饰的Gd3^xErxSbO7(0.5彡X彡I)与荷负电的铁磁性颗粒Y -Fe2O3、顺磁性颗粒SiO2或反铁磁性颗粒MnO相互作用；采用微米级的粉末光催化材料Gd3_xErxSb07(0.5 ^ x ^ I),AEM(乙烯-丙烯酸橡胶)，纳米铁磁性颗粒Y -Fe203、顺磁性颗粒SiO2或反铁磁性颗粒MnO ;将为粉末光催化材料Gd3_xErxSb07质量2_5倍的纳米Y -Fe2O3、SiO2或MnO分别置于500-1000份质量的水中搅拌，加入稀氨水1-8份，使纳米Y -Fe203> SiO2或MnO荷负电，加入稀氨水 ，使氧化物表面吸附0!Γ而带有负电荷。备用；取0.1g粉末光催化材料Gd3_xErxSb07 (0.5彡X彡I)，用AEM浓度2-9%w/w的乙醇溶液浸溃搅拌，使Gd3^xErxSbO7 (0.5彡X彡I)荷正电，再用上述配置的纳米Y _Fe203、SiO2或MnO氨水混合溶液混和搅拌溶胀，使带负电荷的纳米Y -Fe2O3^SiO2或MnO通过静电作用与荷正电的AEM修饰的 Gd3^xErxSbO7(0.5 < X < I)在 Gd3^xErxSbO7(0.5 ^ x ^ I)表面形成壳结构，壳的厚度可根据加入的纳米Y_Fe203、SiO2或MnO的量来决定，然后再依次用无水乙醇、去离子水反复洗涤，除去多余的AEM乙醇溶液和氨水溶液，室温晾干，即得具有核壳结构的催化材料磁性颗粒核-Gd3^xErxSbO7 (0.5 彡 X 彡 I)。本发明的有益效果是:通过采用静电相互作用的方法制备核壳型复合微球成功制备粉末催化材料Gd3_xErxSb07(0.5 ^ I)，同时制备了新型“磁性颗粒核-光催化剂壳”结构的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 彡 X 彡 I)、MnO (反铁磁性颗粒核)_Gd3_xErxSb07 (0.5 彡 x 彡 I)(光催化剂壳)。并对其进行了一系列表征，研究了上述新型光催化材料在可见光或紫外光照射下降解被污染水体中有机污染物(包括达旦黄、苯胺蓝、二氨基绿B、核固红、丽春红S、亚甲基兰)的效率及降解机理，研究在可见光或紫外光照射下分解水制取氢气的效率和光学活性，通过磁场-光催化反应系统，促进了复合磁性光催化材料在有机物废水中的梯度分布，同时也促进了磁性复合光催化材料的均匀分布，进而促进了光源和有机污染物的充分接触，极大地提高了有机污染物的降解效率。本发明尤其是采用稀土 Er的氧化物材料具有更好的效果:最终有益效果是使上述有机污染物的去除率达到99.9% (辅助20-30%质量比的NiO或RuO2),上述有机污染物总有机碳去除率达到99.5%。
图1为本发明Gd2ErSbO7的透射电镜图谱。图2为本发明Gd2ErSbO7的实测XRD图谱。图3为本发明Gd2ErSbO7的能带结构。
具体实施例方式制备粉末催化材料Gd3_xErxSb07(0.5彡X彡I);此外，制备“磁性颗粒核-光催化剂壳”结构的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^xErxSbO7 (0.5 彡 X 彡 I)、MnO (反铁磁性颗粒核)-Gd3^xErxSbO7 (0.5 彡 x 彡 I)(光催化剂壳)。(I)制备能够在可见光波段或紫外光波段响应的新型光催化剂Gd3_xErxSb07(0.5^x^ I);制备能够在可见光波段或紫外光波段响应的新型“磁性颗粒核-光催化剂壳”结构的Y -Fe2O3 (铁磁性颗粒核)-Gd3^xErxSbO7 (0.5彡x彡I)(光催化剂壳)、SiO2 (顺磁性颗粒核)-Gd3^xErxSbO7 (0.5 < X < I)、MnO (反铁磁性颗粒核)-Gd3_xErxSb07(0.5彡X彡I)(光催化剂壳)。采用紫外一可见分光光度计和紫外一可见漫反射光谱仪对上述制备的新型催化剂在可见光(或紫外光)照射下产生的吸收谱进行了测定，表征了其光吸收性质。测定了上述`新型催化剂X射线光电子能谱(XPS)，探讨了上述新型催化剂表面的电子层结构特征及在磁场作用下催化剂晶体内电子和空穴的输运机制，分析了磁性颗粒表面负载的催化剂各微区元素组成，并结合理论计算结果分析了上述新型催化剂的能级结构及电子态密度。(1-1)粉末催化材料Gd3_xErxSb07(0.5 ^ x ^ I)的制备:采用高温固相烧结的方法制备Gd3^xErxSbO7 (0.5彡X彡I)光催化粉末材料；以纯度为99.99%的Er2O3' Gd2O3和Sb2O5为原材料，将Er、Gd和Sb以所述分子式的原子比的Er203、Gd2O3和Sb2O5充分混合，然后在球磨机中研磨，粉末的粒径达到1.3-1.7微米，在200±30°C烘干3± I小时，压制成片，放入高温烧结炉中烧制。将炉温升至700±30°C，保温7±2小时后随炉冷却，将粉末压片取出粉碎至粒径为1.2-1.5微米，再将这些粉末压制成片，放入高温烧结炉中烧结，最高炉温为750±20°C，保温7±1小时后随炉冷却，将粉末压片取出粉碎至粒径为1.2-1.4微米，再将这些粉末压制成片，放入高温烧结炉中烧结，升温条件如下:a.由 20°C 升温至 400°C，升温时间为 40±10min ;b.在 400°C 保温 60±10min ;c.由 400°C升温至 780°C，升温时间为 60±10min ;d.在 780°C保温 440_820min ;e.由 780°C升温至 1320±10°C，升温时间为 50± IOmin ；f.在 1320± 10°C保温 4000±200min，炉冷。粉末压片经最高温度1320±10°C保温4000±200min后随炉冷却，取出粉末压片粉碎至粒径为0.04-0.32微米，最终制备成功纯净的Gd3_xErxSb07(0.5 ≤x ≤1)粉末光催化材料。( 1-2 )根据上述粉末催化材料进行核-壳结构的催化材料磁性颗粒核-Gd3_xErxSb07(0.5 ≤x ≤1)的制备:米用静电相互作用的方法制备核壳型复合微球:借助荷正电乙烯-丙烯酸橡胶AEM修饰的Gd3_xErxSb07 (0.5 ≤x ≤1)与荷负电的铁磁性颗粒
Y -Fe2O3、顺磁性颗粒SiO2或反铁磁性颗粒MnO相互作用，制得具有核壳结构的催化材料磁性颗粒核-Gd3^xErxSbO7 (0.5 ≤X ≤1)。材料:溶胶-凝胶法制备粉末光催化材料Gd3_xErxSb07(0.5 ≤x ≤1), AEM(乙烯-丙烯酸橡胶)，纳米铁磁性颗粒Y _Fe203、顺磁性颗粒SiO2或反铁磁性颗粒MnO。将一定量(质量可根据要求制取的壳的厚度加入，一般是粉末光催化材料Gd3^xErxSbO7的2或5倍)纳米Y -Fe203> SiO2或MnO置于IOOml水中搅拌，加入稀氨水2或8ml，使纳米Y-Fe203、SiO2或MnO荷负电，备用；取0.1g粉末光催化材料Gd3^xErxSbO7(0.5 ≤X ≤1)，用一定浓度(2%w/w或9%w/w)的AEM乙醇溶液浸溃搅拌，使Gd3^xErxSbO7 (0.5≤X≤1)荷正电，再用上述配置的纳米Y _Fe203、SiO2或MnO氨水混合溶液混和搅拌溶胀，使带负电荷的纳米Y -Fe2O3^SiO2或MnO通过静电作用与荷正电的AEM修饰的 Gd3^xErxSbO7(0.5 ≤X ≤1)在 Gd3^xErxSbO7(0.5 ≤x ≤1)表面形成壳结构，壳的厚度可根据加入的纳米Y_Fe203、SiO2或MnO的量来决定，然后再依次用无水乙醇、去离子水反复洗涤，除去多余的AEM乙醇溶液和氨水溶液，室温晾干，即得具有核壳结构的催化材料磁性颗粒核-Gd3^xErxSbO7 (0.5 ≤X ≤1)。( 1-3)磁场-光催化反应系统的建立方法核-壳结构的催化材料的应用，通过磁场装置和光催化材料构成的反应系统降解废水，磁场装置是强度可调式交变磁场发生器，磁场强度选取0.3 5T (特斯拉)，光源为氙灯或高压汞灯；采用Y -Fe2O3 (铁磁性颗粒核)-Gd3^xErxSbO7 (0.5 ≤x ≤1)(光催化剂壳)、SiO2 (顺磁性颗粒核)-Gd3_xErxSb07(0.5≤x≤1)(光催化剂壳)和MnO(反铁磁性颗粒核)-Gd3^xErxSbO7 (0.5 ≤X ≤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，并且可使其均匀分布在水溶液内上、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。磁场强度亦可为0.05 5T(特斯拉)。光源为300W氙灯和400W高压汞灯。选择水中典型难降解有机物达旦黄、苯胺蓝、二氨基绿B、核固红、丽春红S、亚甲基兰作为目标降解物。通过磁场控制复合磁性颗粒在含有有机物的水溶液中呈梯度分布，利用不同磁性(铁磁性、顺磁性和反铁磁性)的磁性颗粒核包覆新型光催化剂，这些磁性复合催化材料在定向磁场作用下可以促进同类磁性颗粒的混合，避免颗粒团聚，使其完全均匀地分散在水溶液中从而使磁性复合催化材料均匀分布在水溶液内上、中、下三层。还可根据需要灵活施加静磁场与交变磁场，可以在很大的空间和成分范围内方便地调整强磁性与弱磁性颗粒的分布，进而使磁性颗粒表面包覆的光催化剂能够与有机污染物及光源充分接触，在可见光(或紫外光)照射下有机污染物能够被高效率地降解。核-壳结构催化材料的应用，还在于通过Gd2ErSbO7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。较好的方案是:添加的20%或30%质量比(与Gd3^xErxSbO7催化剂颗粒)的NiO或RuO2颗粒或粉末与Gd3_xErxSb07均匀混和。(2)采用X射线衍射仪(XRD)对上述本发明催化剂进行了物相分析；采用透射电镜(TEM)分析了上述本发明催化剂的微观结构特征；利用扫描电镜(SEM)对上述本发明催化剂进行了组织形貌分析，并结合扫描电镜能谱(SEM-EDS)和X射线光电子能谱(XPS)测定了它们的成分组成，揭示了催化剂表面的电子层结构特征。深层次揭示了新型光催化剂的微观结构对光催化降解有机污染物效率的影响规律。在可见光(或紫外光)照射下降解水体内达旦黄、苯胺蓝、二氨基绿B、核固红、丽春红S、亚甲基兰等难降解有机污染物的过程中，通过液相色谱/质谱(LC/MS)联用仪及离子色谱仪，测试跟踪了降解上述有机污染物过程中的中间产物和最终产物，获得了在新型核一壳磁性复合催化剂颗粒作用下，在可见光(或紫外光)照射下降解水体内多种有机污染物的可能途径，揭示了水体内达旦黄、苯胺蓝、二氨基绿B、核固红、丽春红S、亚甲基兰等有机污染物的降解机制。 采用单波长可见光(或紫外光)照射水体内达旦黄、苯胺蓝、二氨基绿B、核固红、丽春红S、亚甲基兰等有机污染物，通过试验研究结果及理论计算成功推导出参与光催化降解反应的光生电荷(光生电 子或者光生空穴)数量，进而推导出参与反应的可见光(或紫外光)光子数，结合计算出的入射光总光子数，最终得出在单波长可见光(或紫外光)作用下降解水体中达旦黄、苯胺蓝、二氨基绿B、核固红、丽春红S、亚甲基兰等有机污染物的光量子效率。表IGd2ErSbO7的原子结构参数
权利要求
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%质量比的NiO或RuO2颗粒或粉末与Gd3_xErxSb07均匀混和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，并且可使其均匀分布在水溶液内上、中、下三层，采用截止滤光片(λ>420ηπι)，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。
5.根据权利要求2所述的核-壳结构的催化材料磁性颗粒核-Gd3_xErxSb07(0.5 < x ^ I)的制备方法:采用静电相互作用的方法制备核壳型复合微球:借助荷正电乙烯-丙烯酸橡胶AEM修饰的Gd3_xErxSb07(0.5彡x彡I)与荷负电的铁磁性颗粒Y -Fe2O3^顺磁性颗粒SiO2或反铁磁性颗粒MnO相互作用；采用微米级的粉末光催化材料Gd3_xErxSb07 (0.5彡x彡I), AEM (乙烯-丙烯酸橡胶)，纳米铁磁性颗粒Y -Fe2O3^顺磁性颗粒SiO2或反铁磁性颗粒MnO ;将为粉末光催化材料Gd3^xErxSbO7质量2-5倍的纳米Y -Fe2O3、SiO2或MnO分别置于500-1000份质量的水中搅拌，加入稀氨水1-8份，使纳米Y -Fe203> SiO2或MnO荷负电，备用；取0.1g粉末光催化材料Gd3_xErxSb07(0.5彡X彡I)，用AEM浓度2-9%w/w的乙醇溶液浸溃搅拌，使Gd3^xErxSbO7 (0.5彡X彡I)荷正电，再用上述配置的纳米Y _Fe203、SiO2或MnO氨水混合溶液混和搅拌溶胀，使带负电荷的纳米Y -Fe2O3^SiO2或MnO通过静电作用与荷正电的AEM修饰的 Gd3^xErxSbO7(0.5 < X < I)在 Gd3^xErxSbO7(0.5 ^ x ^ I)表面形成壳结构，壳的厚度可根据加入的纳米Y_Fe203、SiO2或MnO的量来决定，然后再依次用无水乙醇、去离子水反复洗涤，除去多余的AEM乙醇溶液和氨水溶液，室温晾干，即得具有核壳结构的催化材料磁性颗粒核-Gd3^xErxSbO7 (0.5 彡 X 彡 I)。
全文摘要
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。
文档编号B01J23/843GK103071480SQ201210433808
公开日2013年5月1日 申请日期2012年11月2日 优先权日2012年11月2日
发明者栾景飞, 裴冬华, 陈标杭 申请人:南京大学