[发明专利]一种具有可见光响应的铬铁钒酸盐光催化材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有可见光响应的铬铁钒酸盐光催化材料的制备方法及其应用，特别涉及用于降解有机污染物的光催化剂CrFe(VO₄)₂及其制备方法，属于无机光催化材料领域。

背景技术

随着世界人口的不断增长，工业的快速发展，能量的消耗问题成为一个亟需解决的问题。目前，能量的主要来源依旧是石油，天然气和煤等燃料。然而，化石燃料的大量消耗，会排放大量有毒气体，与之有关的各种环境污染问题也相继出现。因此，发展可持续的能源技术已被提上日程。在所有可再生的能源技术中，包括水利发电，太阳能，风能，地热能和生物能，其中，利用光伏技术将太阳能转变成电能，是解决能量可持续供应问题最有前景的技术。由于太阳能干净清洁，使用不会引起环境污染，供应充足，每天照在地面上的太阳能是全球每天所需能源的一万倍以上，现在，太阳光电已被当做全世界第三大可再生能源，到2012年底，全球的累积太阳光电能已经突破100GW大关。太阳能的有效直接的利用，开发高效的太阳光响应型半导体催化剂，是解决能源危机和环境问题双重问题的核心手段。

随着现代社会经济的迅速发展，能源和生态环境越来越引起人们的关注,解决能源和环境污染问题是实现我国可持续发展、提高人民生活质量和保障国家安全的迫切需要。一些难降解的有机物如染料、农药等常以很低的浓度存在于空气、水体和土壤中，严重影响人们的健康和生活。所以，经济有效地净化环境污染是当今面临的一个重大问题。传统处理污水的方法主要有物理法、生物法和化学氧化法，但这些处理方法普遍存在处理周期长、降解速率低、难降解完全等问题，而光催化反应具有条件温和、反应设备简单、运行成本低、二次污染少和适用范围广等特点，因此，光催化技术成为一种理想的环境污染治理技术，成为人们的研究热点。

光催化反应是指光催化剂在吸收了高于其带隙能量的光子后，生成了空穴和电子，这些空穴和电子分别进行氧化反应和还原反应，达到分解有害化学物质、有机生物质和杀菌的目的。从20世纪70年代末期，人们提出了利用光催化剂分解水中和大气中的农药以及恶臭物质等有机物，以及涂有光催化剂的固体表面的自我清洁等应用实例。光催化剂有许多种,其中最有代表性的是二氧化钛(TiO₂)，利用二氧化钛对水中和大气中的农药和恶臭物质等有机物进行分解，然而二氧化钛的带隙是3.2eV，只有在比400nm短的紫外线的照射下才能显现出活性，只能在室内或者有紫外灯的地方工作，几乎不能利用可见光，这大大的限制了二氧化钛光催化剂的使用。为了开发可见光响应的催化剂一般有两种方式，一种方法是对TiO₂进行改性，通过负载贵金属、掺杂金属离子、与金属氧化物耦合等使其吸收波长红移并降低光生电子和光生空穴的复合几率，从而提高催化活性。但从许多研究结果看，改性后的光催化剂在太阳光照射下光催化活性不高，稳定性不好。

第二种方法是研制新型光催化材料，如氧氮化物、钛酸盐、钨酸盐、钒酸盐、铌酸盐、铬酸盐，也具有良好的可见光致光催化活性和化学稳定性，此方面的工作更具有开发前景，因此非氧化钛可见光响应的光催化剂的开发越来越受到人们的重视。本发明是关于一种新型的铬铁钒酸盐光催化剂材料的制备方法及其应用，它具有在可见光范围内的光学吸收，具有优异的可见光响应的光催化性能，可以作为光催化剂降解有机物。

发明内容

本发明目的是：提供一种具有可见光响应的光催化材料铬铁钒酸盐CrFe(VO₄)₂及其制备方法。其制备生产成本和设备要求低，制备得到的材料分散性好、颗粒度均匀、化学稳定性好、光学性质的稳定性好，且其具有较小的带间宽度，对有机有害物质具有优良的光催化降解性能。

本发明的技术方案是：

一种具有可见光响应的铬铁钒酸盐光催化材料，其化学式为CrFe(VO₄)₂，其形貌为颗粒状，颗粒粒径为小于10微米。

本发明同时提供了上述铬铁钒酸盐光催化材料的制备方法，所述方法为高温固相反应法，包括以下步骤：

(1)按化学式CrFe(VO₄)₂中相应元素的化学计量比，分别称取含有铬离子Cr³⁺的化合物、含有铁离子Fe³⁺的化合物、含有钒离子V⁵⁺的化合物，研磨并混合均匀，得到混合物；

(2)将上述步骤(1)中混合物在空气气氛下预煅烧，煅烧温度为300～500℃，煅烧时间为3～15小时，自然冷却；