专利名称：可见光响应的含锂氧化物光催化剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种可见光响应的含锂氧化物光催化剂LiCa3MghZnxV3O12(O ^ X ^ I)及其制备方法，属于无机光催化材料领域。
背景技术：
环境污染是世界各国十分关注的问题，已经导致了人们生活的饮用水源、工业水源质量不断下降，导致大气污染不断加剧，造成生态环境的不断破坏，对人类的生存构成严重威胁。为了解决这些问 题，人们通过各种方法控制和治理环境污染。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。目前，使用的光催化剂主要为二氧化钛，已经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。考虑到光催化剂在分解有害物质中的实用性，利用太阳光作为光源是不可缺少的。照射向地表的太阳光中波长在500nm附近可见光的强度最大,波长为400nm-750nm的可见光区的能量大约是太阳光总能量的43%，所以为了高效的利用太阳光谱，寻找具有可见光响应的光催化剂引起了人们的重视。目前报道的具有可见光响应的光催化剂种类仍很有限，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[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]、[严小松，李万万，刘雾，孙康，一种适用于近紫外光LED激发的单一相白光发光粉,发光学报.，2010，31 (1):39-43]分别报道了石榴石结构氧化物LiCa3MgV3O12JiCa3ZnV3O12的晶体结构及作为近紫外光激发的发光材料的应用，但是没有涉及有关光催化性能及其应用。为了探索新的具有可见光响应的高效光催化剂，我们对化学组成通式为LiCa3MghZnxV3O12的系列含锂石榴石结构氧化物物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。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有可见光响应的含锂石榴石结构氧化物光催化剂以及其制备方法。本发明提供的一种具有可见光响应的含锂石榴石结构氧化物光催化剂的化学组成式为LiCa3Mgl_xZnxV3012 (O 彡 x 彡 I)。上述可见光响应的含锂石榴石结构氧化物光催化剂的制备方法按以下步骤进行
1)将99. 9% 分析纯的化学原料 Li2C03、CaCO3> MgO、ZnO 和 V2O5,按 LiCa3Mg^ZnxV3O12 化学式称量配料，其中OSxSl;
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2-8小时，混合磨细，取出烘干，过200目筛；
3)将步骤(2)所得粉料在850 925°C预烧，并保温6 8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，达到2 μ m，即可得到含锂石榴石结构氧化物光催化剂 LiCa3MghZnxV3O12 (O ^ x ^ I)粉末。
本发明制备方法简单、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发明进行具体说明
I、为了得到本发明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，本发明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、本发明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 ;钒石榴石结构氧化物光催化剂的加入量为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 120min。实施例I :
I)将99. 9%分析纯的化学原料Li2C03、CaCO3> MgO和V2O5,按LiCa3MgV3O12化学式称量配料。2)将步骤(I)配好的化学原料混合，放入球磨罐中，加入氧化锆球和无水乙醇，球磨2小时，混合磨细，取出烘干，过200目筛。3)将步骤(2)所得粉料在850°C预烧，并保温8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，达到2 μ m，即可得到含锂石榴石结构氧化物光催化剂LiCa3MgV3O12 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99%ο实施例2:
I)将 99. 9% 分析纯的化学原料 Li2C03、CaC03、Mg0、Zn0 和 V2O5,按 LiCa3Mga6Zna4V3O12 化学式称量配料。2)将步骤(I)配好的化学原料混合，放入球磨罐中，加入氧化锆球和无水乙醇，球磨4小时，混合磨细，取出烘干，过200目筛。3)将步骤(2)所得粉料在900°C预烧，并保温7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，达到2 μ m，即可得到含锂石榴石结构氧化物光催化剂LiCa3Mga6Zna4V3O12 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99. 4%ο实施例3:
I)将99. 9%分析纯的化学原料Li2C03、CaCO3> ZnO和V2O5,按LiCa3ZnV3O12化学式称量配料。2)将步骤(I)配好的化学原料混合，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)所得粉料在925°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，达到2 μ m，即可得到含锂石榴石结构氧化物光催化剂LiCa3ZnV3O12 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99. 2%ο本发明决不限于以上实施例。具有与Mg等相似结构与化学性质的元素如Ni，Co,Cu等也可以做出与本发明类似晶体结构与性能的光催化剂。各工艺参数(如温度、时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。以上发明实施例所制的光催化剂粉末可负载于多种基体表面上。基体可以是玻璃、陶瓷、活性炭、石英砂等，光催化剂可以以薄膜的形式负载于基体表面。
权利要求
1.一种含锂石榴石结构氧化物作为可见光响应的光催化剂的应用，其特征在于所述含锂石榴石结构氧化物的化学组成式为=LiCa3MghZnxV3O12，其中0彡x彡I ; 所述含锂石榴石结构氧化物的制备方法步骤为 1)将99. 9% 分析纯的化学原料 Li2C03、CaCO3> MgO、ZnO 和 V2O5,按 LiCa3Mg^ZnxV3O12 化学式称量配料，其中OSxSl; 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2-8小时，混合磨细，取出烘干，过200目筛； 3)将步骤(2)所得粉料在850 925°C预烧，并保温6 8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，达到2 μ m，即可得到含锂石榴石结构氧化物LiCa3Mg1^xZnxV3O12 粉末。
全文摘要
本发明公开了一种可见光响应的含锂石榴石结构氧化物光催化剂及其制备方法。含锂石榴石结构氧化物光催化剂的化学组成式为:LiCa3Mg1-xZnxV3O12(0≤x≤1)。1)将99.9%分析纯的化学原料Li2CO3、CaCO3、MgO、ZnO和V2O5，按LiCa3Mg1-xZnxV3O12化学式称量配料，其中0≤x≤1；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2-8小时，混合磨细，取出烘干，过200目筛；3)将步骤(2)所得粉料在850～925℃预烧，并保温6～8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，达到2μm。本发明制备方法简单、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。
文档编号A62D101/28GK102872855SQ20121039429
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月17日 优先权日2012年10月17日
发明者苏聪学邓婧, 方亮, 巩美露, 苏聪学 申请人:桂林理工大学