專利名稱：可見光響應(yīng)的含鋰氧化物光催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可見光響應(yīng)的含鋰氧化物光催化劑LiCa3MghZnxV3O12(O ^ X ^ I)及其制備方法，屬于無機光催化材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
環(huán)境污染是世界各國十分關(guān)注的問題，已經(jīng)導(dǎo)致了人們生活的飲用水源、工業(yè)水源質(zhì)量不斷下降，導(dǎo)致大氣污染不斷加劇，造成生態(tài)環(huán)境的不斷破壞，對人類的生存構(gòu)成嚴(yán)重威脅。為了解決這些問 題，人們通過各種方法控制和治理環(huán)境污染。從20世紀(jì)70年代末期，人們提出了利用光催化劑分解水中和大氣中的農(nóng)藥以及惡臭物質(zhì)等有機物，以及涂有光催化劑的固體表面的自我清潔等應(yīng)用實例。目前，使用的光催化劑主要為二氧化鈦，已經(jīng)利用二氧化鈦對水中和大氣中的農(nóng)藥和惡臭物質(zhì)等有機物進(jìn)行分解，然而二氧化鈦的帶隙是3. 2eV,只有在比400nm短的紫外線的照射下才能顯現(xiàn)出活性，只能在室內(nèi)或者有紫外燈的地方工作，幾乎不能利用可見光，這大大的限制了二氧化鈦光催化劑的使用。考慮到光催化劑在分解有害物質(zhì)中的實用性，利用太陽光作為光源是不可缺少的。照射向地表的太陽光中波長在500nm附近可見光的強度最大,波長為400nm-750nm的可見光區(qū)的能量大約是太陽光總能量的43%，所以為了高效的利用太陽光譜，尋找具有可見光響應(yīng)的光催化劑引起了人們的重視。目前報道的具有可見光響應(yīng)的光催化劑種類仍很有限，所以研究和開發(fā)新的具有可見光響應(yīng)的高效光催化劑是非常必要。文獻(xiàn)[Neurgaokar RR, Hummel FA, Substitutions in Vanadate Garnets,Mater. Res. Bull., 1975,10 [I] 51-55]、 [Bayer G. The reaction of metalcarbonyls and amines. I. Iron carbonyl with piperidine and n-butylamine. Theinitial stages of the reaction [J]. J. Am. Ceram. Soc. , 1965, 48(12):600-605]、[嚴(yán)小松，李萬萬，劉霧，孫康，一種適用于近紫外光LED激發(fā)的單一相白光發(fā)光粉,發(fā)光學(xué)報.，2010，31 (1):39-43]分別報道了石榴石結(jié)構(gòu)氧化物L(fēng)iCa3MgV3O12JiCa3ZnV3O12的晶體結(jié)構(gòu)及作為近紫外光激發(fā)的發(fā)光材料的應(yīng)用，但是沒有涉及有關(guān)光催化性能及其應(yīng)用。為了探索新的具有可見光響應(yīng)的高效光催化劑，我們對化學(xué)組成通式為LiCa3MghZnxV3O12的系列含鋰石榴石結(jié)構(gòu)氧化物物進(jìn)行了光催化性能研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該類化合物具有優(yōu)異的可見光響應(yīng)的光催化性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有可見光響應(yīng)的含鋰石榴石結(jié)構(gòu)氧化物光催化劑以及其制備方法。本發(fā)明提供的一種具有可見光響應(yīng)的含鋰石榴石結(jié)構(gòu)氧化物光催化劑的化學(xué)組成式為LiCa3Mgl_xZnxV3012 (O 彡 x 彡 I)。上述可見光響應(yīng)的含鋰石榴石結(jié)構(gòu)氧化物光催化劑的制備方法按以下步驟進(jìn)行
1)將99. 9% 分析純的化學(xué)原料 Li2C03、CaCO3> MgO、ZnO 和 V2O5,按 LiCa3Mg^ZnxV3O12 化學(xué)式稱量配料，其中OSxSl;
2)將步驟(I)配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨2-8小時，混合磨細(xì)，取出烘干，過200目篩；
3)將步驟(2)所得粉料在850 925°C預(yù)燒，并保溫6 8小時，自然冷卻至室溫，然后通過球磨機等粉碎手段使粒子直徑變小，達(dá)到2 μ m，即可得到含鋰石榴石結(jié)構(gòu)氧化物光催化劑 LiCa3MghZnxV3O12 (O ^ x ^ I)粉末。
本發(fā)明制備方法簡單、成本低，制備的光催化劑具有優(yōu)良的催化性能，在可見光照射下具有分解有害化學(xué)物質(zhì)、有機生物質(zhì)和殺菌的作用。
具體實施例方式下面將對本發(fā)明進(jìn)行具體說明
I、為了得到本發(fā)明中所使用的復(fù)合氧化物，首先使用固相合成法制備粉末，即把作為原料的各種氧化物或碳酸鹽按照目標(biāo)組成化學(xué)計量比進(jìn)行混合，再在常壓下于空氣氣氛中合成。2、為了能夠有效利用光，本發(fā)明中的光催化劑的尺寸最好在微米級別，甚至是納米粒子，且比表面積較大。用固相合成法制備的氧化物粉末，其粒子較大而表面積較小，但是可以通過球磨機等粉碎手段使粒子直徑變小。3、本發(fā)明的光催化實驗以甲基橙作為模擬有機污染物，其濃度為20mg/L ;釩石榴石結(jié)構(gòu)氧化物光催化劑的加入量為lg/L ;光源使用300W的氙燈，反應(yīng)槽使用硼硅酸玻璃制成的器皿，通過濾波器得到波長大于420nm長波長的光，然后照射光催化劑；催化時間設(shè)定為 120min。實施例I :
I)將99. 9%分析純的化學(xué)原料Li2C03、CaCO3> MgO和V2O5,按LiCa3MgV3O12化學(xué)式稱量配料。2)將步驟(I)配好的化學(xué)原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨2小時，混合磨細(xì)，取出烘干，過200目篩。3)將步驟(2)所得粉料在850°C預(yù)燒，并保溫8小時，自然冷卻至室溫，然后通過球磨機等粉碎手段使粒子直徑變小，達(dá)到2 μ m，即可得到含鋰石榴石結(jié)構(gòu)氧化物光催化劑LiCa3MgV3O12 粉末。所制備的光催化劑，在波長大于420nm的可見光照射下，120分鐘對甲基橙去除率達(dá)到99%ο實施例2:
I)將 99. 9% 分析純的化學(xué)原料 Li2C03、CaC03、Mg0、Zn0 和 V2O5,按 LiCa3Mga6Zna4V3O12 化學(xué)式稱量配料。2)將步驟(I)配好的化學(xué)原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨4小時，混合磨細(xì)，取出烘干，過200目篩。3)將步驟(2)所得粉料在900°C預(yù)燒，并保溫7小時，自然冷卻至室溫，然后通過球磨機等粉碎手段使粒子直徑變小，達(dá)到2 μ m，即可得到含鋰石榴石結(jié)構(gòu)氧化物光催化劑LiCa3Mga6Zna4V3O12 粉末。所制備的光催化劑，在波長大于420nm的可見光照射下，120分鐘對甲基橙去除率達(dá)到99. 4%ο實施例3:
I)將99. 9%分析純的化學(xué)原料Li2C03、CaCO3> ZnO和V2O5,按LiCa3ZnV3O12化學(xué)式稱量配料。2)將步驟(I)配好的化學(xué)原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨8小時，混合磨細(xì)，取出烘干，過200目篩。3)將步驟(2)所得粉料在925°C預(yù)燒，并保溫6小時，自然冷卻至室溫，然后通過球磨機等粉碎手段使粒子直徑變小，達(dá)到2 μ m，即可得到含鋰石榴石結(jié)構(gòu)氧化物光催化劑LiCa3ZnV3O12 粉末。所制備的光催化劑，在波長大于420nm的可見光照射下，120分鐘對甲基橙去除率達(dá)到99. 2%ο本發(fā)明決不限于以上實施例。具有與Mg等相似結(jié)構(gòu)與化學(xué)性質(zhì)的元素如Ni，Co,Cu等也可以做出與本發(fā)明類似晶體結(jié)構(gòu)與性能的光催化劑。各工藝參數(shù)(如溫度、時間等)的上下限、區(qū)間取值都能實現(xiàn)本發(fā)明，在此不一一列舉實施例。以上發(fā)明實施例所制的光催化劑粉末可負(fù)載于多種基體表面上?；w可以是玻璃、陶瓷、活性炭、石英砂等，光催化劑可以以薄膜的形式負(fù)載于基體表面。
權(quán)利要求
1.一種含鋰石榴石結(jié)構(gòu)氧化物作為可見光響應(yīng)的光催化劑的應(yīng)用，其特征在于所述含鋰石榴石結(jié)構(gòu)氧化物的化學(xué)組成式為=LiCa3MghZnxV3O12，其中0彡x彡I ; 所述含鋰石榴石結(jié)構(gòu)氧化物的制備方法步驟為 1)將99. 9% 分析純的化學(xué)原料 Li2C03、CaCO3> MgO、ZnO 和 V2O5,按 LiCa3Mg^ZnxV3O12 化學(xué)式稱量配料，其中OSxSl; 2)將步驟(I)配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨2-8小時，混合磨細(xì)，取出烘干，過200目篩； 3)將步驟(2)所得粉料在850 925°C預(yù)燒，并保溫6 8小時，自然冷卻至室溫，然后通過球磨機粉碎手段使粒子直徑變小，達(dá)到2 μ m，即可得到含鋰石榴石結(jié)構(gòu)氧化物L(fēng)iCa3Mg1^xZnxV3O12 粉末。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可見光響應(yīng)的含鋰石榴石結(jié)構(gòu)氧化物光催化劑及其制備方法。含鋰石榴石結(jié)構(gòu)氧化物光催化劑的化學(xué)組成式為:LiCa3Mg1-xZnxV3O12(0≤x≤1)。1)將99.9%分析純的化學(xué)原料Li2CO3、CaCO3、MgO、ZnO和V2O5，按LiCa3Mg1-xZnxV3O12化學(xué)式稱量配料，其中0≤x≤1；2)將步驟(1)配好的原料混合，放入球磨罐中，加入氧化鋯球和無水乙醇，球磨2-8小時，混合磨細(xì)，取出烘干，過200目篩；3)將步驟(2)所得粉料在850～925℃預(yù)燒，并保溫6～8小時，自然冷卻至室溫，然后通過球磨機等粉碎手段使粒子直徑變小，達(dá)到2μm。本發(fā)明制備方法簡單、成本低，制備的光催化劑具有優(yōu)良的催化性能,在可見光照射下具有分解有害化學(xué)物質(zhì)、有機生物質(zhì)和殺菌的作用。
文檔編號A62D101/28GK102872855SQ20121039429
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月17日
發(fā)明者蘇聰學(xué)鄧婧, 方亮, 鞏美露, 蘇聰學(xué) 申請人:桂林理工大學(xué)