申请日2012.03.05
公开(公告)日2012.07.25
IPC分类号B01J23/89; C02F101/30; C02F1/72; C02F1/30
摘要
本发明涉及用于降解有机染料废水污染物的光催化剂，该催化剂由铁酸镁和钒酸银纳米粒子复合而成;化学组成通式为：mMgFe2O4/Ag3VO4，m为MgFe2O4与Ag3VO4的质量比，0＜m≤0.005。
权利要求书
1.用于降解有机染料废水污染物的光催化剂，其特征在于：该催化剂由铁 酸镁和钒酸银纳米粒子复合而成，化学组成通式为：
m MgFe2O4/Ag3VO4，m为MgFe2O4与Ag3VO4的质量比，0 2.根据权利要求1所述的用于降解有机染料废水污染物的光催化剂，其特 征在于：m为0.002。 3.权利要求1或2所述催化剂的制备方法，包括以下步骤： (1)铁酸镁的制备 在搅拌的情况下，按摩尔比1∶2∶4.5将硝酸镁、硝酸铁、柠檬酸溶于去 离子水中，往上述混合溶液中滴加30%的氨水调节其pH值等于7，继续搅拌直 至形成绿色凝胶，将该绿色凝胶于120℃温度下干燥，研磨，再在700℃温度 下焙烧3小时即得到红褐色铁酸镁粉体; (2)钒酸银的制备 在搅拌的情况下，按摩尔比1∶6将五氧化二钒溶于氢氧化钠溶液中，至 溶液澄清透明;然后将硝酸银溶液缓慢滴加至上述溶液中，即生成黄色沉淀物; 沉淀经搅拌陈化后，过滤除去多余离子，所得固体烘干，最后在400℃温度下 焙烧2小时，冷却后即得钒酸银粉体; (3)铁酸镁-钒酸银纳米复合材料的制备 按铁酸镁/钒酸银质量比，将铁酸镁与钒酸银粉体混合研磨10min，最后于 200-500℃温度下焙烧4小时，即得该催化剂成品。 说明书 用于降解有机染料废水污染物的光催化剂及其制备方法 技术领域 本发明涉及可见光响应的复合光催化剂，特别涉及用于降解有机染料废水 污染物的光催化剂及其制备方法。 背景技术 20世纪以来，随着经济的快速增长以及工业化大生产的助推，使人类的 生活发生了翻天覆地的变化。但是于此同时也给人类赖以生存的环境造成了巨 大的威胁与危害。目前，各国政府已经充分意识到环境污染问题的严重性，并 且把环境净化与能源开发等问题一起提升到关系国家生存与发展的战略高度 来对待，因此对该领域的研究与技术开发备受关注。其中染料废水污染尤为严 重，染料废水的色度深、浓度高、致癌性高，难于在自然条件下降解或用微生 物法降解。近年来随着研究的深入，人们发现光催化及其相关技术在环境污染 治理技术、太阳能转换等诸多方面都显示出诱人的应用前景。且光催化氧化技 术是一种全新的“绿色技术”，以其能耗低、操作简单、反应条件温和、氧化性 强、成本低、无二次污染等特点，在环境治理方面日益受到人们的普遍重视， 并成为各国产业界和学术界研究的热点。 光催化剂本质上是一种半导体材料，当吸收能量大于或等于其带隙能的光 线时，价带上的电子会被激发跃迁至导带，从而形成空穴电子对。这些具有很 强氧化、还原能力的载流子，可以将吸附在半导体表面及周围的化学物质分解， 甚至矿化为H2O和CO2等无机小分子。目前，在光催化领域中研究较为深入 的是纳米TiO2基光催化剂，它们具有化学性质稳定、抗磨损、耐光腐蚀、成 本低和无毒等特点，除被用于降解有机物和杀菌外，在光解水和太阳能电池的 制备等方面也有广泛的应用。然而，二氧化钛的带隙(3.2eV)过宽，仅可被 太阳光中总能量不足4%的紫外光部分(波长小于387nm)激发，而对占太阳 光谱中43%的可见光部分(波长范围，400-700nm)无法利用，限制了它的 大规模应用。因此，为了更有效的利用太阳能，同时满足室内无紫外线环境光 催化净化的需求，寻找高效的可见光响应的光催化剂势在必行。 构筑新型、高效可见光响应光催化剂的方法主要有对半导体的掺杂(金属 离子或非金属离子)、光敏化、半导体复合以及开发新型可见光响应催化剂等。 但从目前研究结果看，它们在太阳光照射下的催化活性并不是很高，稳定性方 面也存在一定的问题，光敏化催化剂则受到使用范围的限制。相对而言，半导 体复合光催化剂更具开发潜力，半导体组合选择余地大，而且化学性质稳定， 兼具两个半导体的物化性质，这些都有利于开发出高效的可见光响应催化剂。 近年来，Ag3VO4因其特殊的能带结构，使其在可见光下具有良好的催化 活性，而受到了普遍关注。科研工作者们采用沉淀法、水热法等方法成功制备 了纳米级Ag3VO4颗粒，然而其比表面积较小，影响催化剂的有效作用面积， 对提升光催化剂的效率不利。因此需要对其进行复合改性，以期开发出在可见 光下的高效光催化剂。 发明内容 本发明的目的为克服现有技术中的不足，提供制备方法简单、对染料废 水中有机污染物的可见光降解性能较高，同时利于回收再利用的用于降解有机 染料废水污染物的光催化剂及其制备方法及其应用。 为解决该技术问题，本发明采用的技术方案为： 用于降解有机染料废水污染物的光催化剂，其特征在于：该催化剂由铁 酸镁和钒酸银纳米粒子复合而成;化学组成通式为：mMgFe2O4/Ag3VO4，其 中铁酸镁的化学式为MgFe2O4，钒酸银的化学式为Ag3VO4;m为MgFe2O4与Ag3VO4质量比，0 该催化剂的制备方法，包括以下步骤： (1)铁酸镁的制备 在搅拌的情况下，按摩尔比1∶2∶4.5将硝酸镁、硝酸铁、柠檬酸溶于 去离子水中，往上述混合溶液中滴加30%的氨水调节其pH值等于7，继续搅 拌直至形成绿色凝胶，将该绿色凝胶于120℃温度下干燥，研磨，再在700℃ 温度下焙烧3小时即得到红褐色铁酸镁粉体。 (2)钒酸银的制备 在搅拌的情况下，按摩尔比1∶6将五氧化二钒溶于氢氧化钠溶液中，至 溶液澄清透明;然后将硝酸银溶液缓慢滴加至上述溶液中，即生成黄色沉淀物; 沉淀经搅拌陈化后，过滤除去多余离子，所得固体烘干，最后在400℃温度 下焙烧2小时，冷却后即得钒酸银粉体。 (3)铁酸镁-钒酸银纳米复合材料的制备 按铁酸镁/钒酸银质量比，将铁酸镁与钒酸银粉体混合研磨10min，最后 于200-500℃温度下焙烧4小时，即得该催化剂成品。 制备的催化剂为：铁酸镁-钒酸银纳米复合材料光催化剂。 该催化剂在降解有机染料废水污染物中的应用：降解罗丹明B染料的降 解率几乎为100% 本发明采用研磨-焙烧法制备得到的铁酸镁-钒酸银纳米复合光催化剂， 该催化剂催化活性高，可以吸收波长小于600nm的可见光，这使得本发明制 备的催化剂具有很高的可见光吸收能力;且有比单一半导体催化剂更高的催化 活性，能快速、有效地降解工业废水中的有机污染物。此外，本发明制备的催 化剂还有制备方法简单、适用条件宽松、光催化降解性能稳定等优点，因此， 具有较高的商业化应用前景。
