專利名稱：可見光響應(yīng)的釩酸鹽光催化劑LiMVO₄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)的釩酸鹽光催化劑LiMVO4及其制備方法，屬于無機光催化材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對于能源和生態(tài)環(huán)境越來越關(guān)注，解決能源短缺和環(huán)境污染問題是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、提高人民生活質(zhì)量和保障國家安全的迫切需要。從20世紀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。光催化反應(yīng)的原理是光催化劑在吸收了高于其帶隙能量的光子后，生成了空穴和電子，這些空穴和電子分別進行氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，達到分解有害化學物質(zhì)、有機生物質(zhì)和殺菌的目的。光催化劑有許多種，其中最有代表性的是二氧化鈦(TiO2)，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?？紤]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400nnT750nm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，鉍系光催化劑的開發(fā)和研究已經(jīng)取得了一系列重大的成果,三價鉍的復合物如BiV04、Bi2MoO6, Bi2Mo2O9, Bi2Mo3O12和Bi2WO4被報道在可見光下具有良好的吸收。一系列鈮(鉭)酸鹽光催化劑由于具有較高的光催化活性而被廣泛研究。例如，鈮酸鹽光催化劑Pb3Nb4013、BiNb04和Bi2MNbO7 (M=AUGa,In，Y，稀土元素和Fe)等和鈮鉀復合氧化物光催化劑如KNb03、KNb3O8, K4Nb6O17和K6Nbia6O3tl等都具有較好的光催化性能。雖然光催化研究已進行了若干年，但目前報道的具有可見光響應(yīng)的光催化劑種類仍很有限，仍存在著光轉(zhuǎn)換效率低、穩(wěn)定性差和光譜相應(yīng)范圍窄等問題，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[D.Capsoni, M.Bini, V.Massarottij P.Mustarellij F.Belottij and P.Galinetto, Cation Distribution inLiMgVO4 and LiZnVO4: Structural and Spectroscopic Study, J.Phys.Chem.B 2006，110: 5409-5415 ]含鋰的系列釩酸鹽LiMVO4 (M=Zn或Mg)的晶體結(jié)構(gòu)與光譜特性，也介紹了該類化合物在電化學、氣體傳感器、發(fā)光材料等領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。考慮到目前尚無有關(guān)該類化合物光催化性能的研究報道，我們對釩酸鹽LiMVO4 (M=Mg, Zn或Co)進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)的釩酸鹽光催化劑LiMVO4及其制備方法。
本發(fā)明涉及的具有可見光響應(yīng)的釩酸鹽光催化劑的化學組成通式為:LiMVO4,其中M為Mg、Zn和Co中的一種。上述可見光響應(yīng)的釩酸鹽光催化劑的制備方法具體步驟為:
(I)將99.9%分析純的化學原料Li2C03、MO和V2O5,按LiMVO4化學式稱量配料，其中M為Mg、Zn和Co中的一種ο(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8小時，混合磨細，取出烘干，過200目篩。(3)將步驟(2)混合均勻的粉料在75(T780°C預燒，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，低于2 μ m,即得到釩酸鹽LiMVO4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)明進行具體說明:
1、為了得到本發(fā)明中所使用的復合氧化物，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組成化學計量比進行混合，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 ;釩酸鹽光催化劑LiMVO4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120分鐘。實施例1:1)將99.9%分析純的化學原料Li2CO3、MgO和V2O5,按LiMgVO4化學式稱量配料。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8小時，混合磨細，取出烘干，過200目篩。3)將步驟(2)混合均勻的粉料在770°C預燒，并保溫6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，低于2 μ m,即得到釩酸鹽LiMgVO4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到97.3%ο實施例2:1)將99.9%分析純的化學原料Li2C03、CoO和V2O5,按LiCoVO4化學式稱量配料。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8小時，混合磨細，取出烘干，過200目篩。3)將步驟(2)混合均勻的粉料在760°C預燒，并保溫6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，低于2 μ m，即得到釩酸鹽LiCoVO4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到98.4%ο實施例3:
I)將99.9%分析純的化學原料Li2C03、ZnO和V2O5,按LiZnVO4化學式稱量配料。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8小時，混合磨細，取出烘干，過200目篩。3)將步驟(2)混合均勻的粉料在750°C預燒，并保溫6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，低于2 μ m,即得到釩酸鹽LiZnVO4粉末。所制備的光催化劑，在波長大于420nm的可見光照射下，120min對甲基橙去除率達到99.1%。本發(fā)明決不限于以上實施例。各溫度的上下限、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載于多種基體表面上?；w可以是玻璃、陶瓷、活性炭或石英砂等，光催化劑可以以薄膜的形式負載于基體表面。
權(quán)利要求
1.一種釩酸鹽作為可見光響應(yīng)的光催化劑的應(yīng)用，其特征在于所述釩酸鹽的化學組成通式為=LiMVO4,其中M為Mg、Zn和Co中的一種； 所述釩酸鹽的制備方法具體步驟為: (1)將99.9%分析純的化學原料Li2C03、MO和V2O5,按LiMVO4化學式稱量配料，其中M為Mg、Zn和Co中的一種； (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8小時，混合磨細，取出烘干，過200目篩； (3)將步驟(2)混合均勻的粉料在75(T780°C預燒，并保溫6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，低于2 μ m,即得到釩酸鹽LiMVO4粉末。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可見光響應(yīng)的釩酸鹽光催化劑LiMVO4及其制備方法。該釩酸鹽光催化劑的化學組成通式為LiMVO4,其中M為Mg、Zn和Co中的一種。本發(fā)明還公開了上述材料的制備方法。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物質(zhì)的作用，且穩(wěn)定性好，具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號B01J23/847GK103157459SQ20131011068
公開日2013年6月19日 申請日期2013年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月1日
發(fā)明者方亮, 韋珍海, 唐瑩 申請人:桂林理工大學