光催化劑及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種帶狀Bi17V3O33/Bi1.7V8O16光催化劑及其制備方法和應(yīng)用，將鉍鹽溶液和釩鹽溶液混合后調(diào)pH值，進(jìn)行一次微波水熱處理，將制得的基礎(chǔ)粉體分散成懸濁液，加入表面活性劑溶液，調(diào)pH值后加入稀土溶液，進(jìn)行二次微波水熱處理，得目標(biāo)產(chǎn)物，為Bi17V3O33和Bi1.7V8O16的復(fù)合晶體。本發(fā)明通過二次微波水熱過程能夠控制基礎(chǔ)粉體的形貌和分散狀態(tài)，使基礎(chǔ)粉體發(fā)生相轉(zhuǎn)變并進(jìn)一步結(jié)晶，并使制得的光催化劑的結(jié)晶性能、比表面積和光催化性能得到了很大的提高，而且粒徑分布細(xì)勻，有利于光催化降解過程中光催化劑與目標(biāo)降解物的均勻吸附。
【專利說明】—種帶狀B I17V3O33Ai1.7%016光催化劑及其制備方法和應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于功能材料領(lǐng)域，涉及一種帶狀Bi17V3O33ZiB^7V8O16光催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002]金屬釩酸鹽是一類優(yōu)良的功能材料，在熒光及激光領(lǐng)域，鋰離子電池領(lǐng)域等有著廣泛的應(yīng)用。Bi17V3O33就是其中的一種固體電解質(zhì)化合物，Bi17V3O33結(jié)晶于四方相，其XRD圖譜的主要衍射峰與S-Bi2O3圖譜接近，具有非常規(guī)則的VO4四面體，其晶體結(jié)構(gòu)中存在大量的氧空位缺陷。BiuV8O16是一種典型的AxM8O16組成錳鋇礦類家族化合物，具有正方對稱結(jié)構(gòu)，其中V原子具有混合價(jià)態(tài)，平均化合價(jià)為3.36，具有良好的電性能和磁性能。由于二者都具有良好的載流子運(yùn)輸潛能，因此作為光催化劑在光催化反應(yīng)中具有很大的優(yōu)勢。
[0003]表面活性劑被譽(yù)為“工業(yè)味精”，是一類極具特色的有機(jī)化學(xué)物，在濕化學(xué)法制備納米粉體的過程中，表面活性劑利用了它的靜電斥力穩(wěn)定作用和空間位阻穩(wěn)定作用，通過形成膠體保護(hù)層，在空間上阻礙膠粒的靠攏，減小膠粒之間的內(nèi)聚力，降低團(tuán)聚的強(qiáng)度，從而控制粉體的團(tuán)聚形態(tài)，改善其顆粒的分布形態(tài)。
[0004]迄今為止，利用二次微波水熱法制備帶狀Bi17V3O33ZiB^7V8O16復(fù)合光催化劑的工作尚未見報(bào)道，也沒有專利和文獻(xiàn)報(bào)道過用二次微波水熱法制備長帶狀Bi17V3OJBih7V8O16復(fù)合光催化劑。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種帶狀Bi17V3O33ZiB^7V8O16復(fù)合光催化劑及其制備方法和應(yīng)用，采用兩次微波處理，反應(yīng)時(shí)間短，工藝流程簡單，制得的復(fù)合光催化劑表面積較大，粒度分布均勻。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種帶狀Bi17V3OJBih7V8O16光催化劑的制備方法，包括以下步驟:
[0008]步驟1:將鉍鹽溶于水中，攪拌均勻，得到鉍鹽溶液；將釩鹽溶于熱水中,加熱攪拌至釩鹽完全溶解，得到釩鹽溶液；
[0009]步驟2，將鉍鹽溶液和釩鹽溶液按照B1:V= 1:1的摩爾配比混合，攪拌均勻，得到混合液；向混合液中加入礦化劑，調(diào)節(jié)混合液的pH值為12.5?13,繼續(xù)攪拌40?60min,形成前驅(qū)體；
[0010]步驟3，將前驅(qū)體放入微波水熱反應(yīng)釜中，將微波水熱反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)儀中，以300W的功率，在190?210°C下保溫30?50min進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完成后自然冷卻至室溫，然后將反應(yīng)生成的沉淀取出，洗滌、干燥，得到基礎(chǔ)粉體；
[0011]步驟4，將基礎(chǔ)粉體分散于溶劑中，攪拌均勻，得懸濁液；將表面活性劑溶解于水中，攪拌均勻，得表面活性劑溶液；將含有稀土元素的原料溶解于水中，攪拌均勻，得稀土溶液；
[0012]步驟5:將懸濁液與表面活性劑溶液混合均勻，得混合液，混合液中基礎(chǔ)粉體與表面活性劑的質(zhì)量比為1: (0.06?0.405)，調(diào)節(jié)混合液的pH = 3?8.05，攪拌均勻，再向混合液中加入稀土溶液，攪拌均勻，得前驅(qū)體溶液，前驅(qū)體溶液中稀土元素與基礎(chǔ)粉體中含有的Bi元素的摩爾比為(5?8): 100 ；
[0013]步驟6:將前驅(qū)體溶液放入微波水熱反應(yīng)釜中，將微波水熱反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)儀中，以300W的功率，在190?210°C下保溫30?50min進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完成后自然冷卻至室溫，然后將反應(yīng)生成的沉淀取出，洗滌、干燥，得到長帶狀Bi17V3O33ZBih7V8O16光催化劑。
[0014]所述的鉍鹽為Bi (NO3) 3.5H20,釩鹽為NH4VO3 ;鉍鹽溶液中Bi (NO3) 3.5H20的濃度為0.4?0.6mol/L，釩鹽溶液中NH4VO3的濃度為0.4?0.6mol/L，釩鹽溶液呈透明的棕黃色，不含有沉淀。
[0015]所述步驟I中攪拌均勻所需的時(shí)間為20?30min ;熱水的溫度為80?90°C，加熱攪拌至釩鹽完全溶解所需的時(shí)間為10?15min，加熱溫度為40?50°C ；
[0016]所述步驟2、步驟4和步驟5中攪拌均勻所需的時(shí)間為15?30min。
[0017]所述步驟2中的礦化劑為11?12mol/L的NaOH溶液；
[0018]所述步驟5中用冰乙酸溶液和濃度為4?6mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)混合液的pH值。
[0019]所述步驟3和步驟6中微波水熱反應(yīng)釜的填充比為40%?55%。
[0020]所述步驟3和步驟6中的干燥為在75?85°C下干燥10?12h。
[0021]所述的基礎(chǔ)粉體為纖維狀Bi17V3O33Mh62V8O16粉體；
[0022]溶劑為無水乙醇或無水甲醇；
[0023]表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨、乙二胺四乙酸或聚山梨酯-80;
[0024]稀土兀素為La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb 或 Lu。
[0025]所述的懸濁液中基礎(chǔ)粉體的濃度為90?110g/mL ；
[0026]表面活性劑溶液中表面活性劑的濃度為4?27g/L ；
[0027]稀土溶液中稀土元素的濃度為0.87?1.47g/L。
[0028]帶狀Bi17V3O33ZBi1.,V8O16光催化劑，為Bi17V3O33和Bil7V8O16的復(fù)合晶體，其形貌為帶狀，其中Bi17V3O33和Bih7V8O16所占的質(zhì)量百分比分別為72?78%和22?28%,Bi17V3O33為四方相，空間結(jié)構(gòu)群為PmA^BiuV8O16S四方相，空間結(jié)構(gòu)群為I4/m。
[0029]帶狀Bi17V3O33ZBih7V8O16光催化劑在降解環(huán)境污染物和有機(jī)物方面的應(yīng)用。
[0030]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0031]本發(fā)明提供的帶狀Bi17V3O33ZiB^7V8O16光催化劑的制備方法，將鉍鹽溶液和釩鹽溶液按照B1:V= 1:1的摩爾比混合后調(diào)節(jié)pH值，然后進(jìn)行第一次微波水熱處理制得基礎(chǔ)粉體；將基礎(chǔ)粉體分散成懸濁液，加入表面活性劑溶液，調(diào)節(jié)PH值后再加入稀土溶液，再進(jìn)行第二次微波水熱處理制得帶狀Bi17V3OJBi1.八016光催化劑。本發(fā)明采用二次微波水熱合成技術(shù)，在利用一次微波水熱過程得到基礎(chǔ)粉體后，加入表面活性劑及稀土元素，同時(shí)調(diào)控PH值，然后通過二次微波水熱過程，控制基礎(chǔ)粉體的形貌和分散狀態(tài)，使基礎(chǔ)粉體發(fā)生相轉(zhuǎn)變并進(jìn)一步結(jié)晶，實(shí)現(xiàn)了 Bi17V3OJBih7V8O16光催化劑的制備，并且使制得的光催化劑的結(jié)晶性能、比表面積和光催化性能得到了很大的提高，而且粒徑分布細(xì)勻，有利于光催化降解過程中光催化劑與目標(biāo)降解物的均勻吸附。本發(fā)明采用的微波水熱法結(jié)合了微波獨(dú)特的加熱特性和水熱法的優(yōu)點(diǎn)，流程少、操作簡單、原料廉價(jià)易得、反應(yīng)速度快、合成時(shí)間短、反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)效率高、環(huán)境友好、工藝簡單易控、制備周期短、節(jié)省能源，對目標(biāo)產(chǎn)物的晶型和形貌可調(diào)控能力強(qiáng)。
[0032]本發(fā)明提供的帶狀Bi17V3O33ZBi1.,V8O16光催化劑為Bi17V3O33和Bil7V8O16的復(fù)合晶體，其內(nèi)部含有大量的氧空位，有利于光解過程中載流子的運(yùn)輸，使得其具有較高的光催化降解效率。Bi17V3O3JP Bih7V8O16所占的質(zhì)量百分比分別為72?78%和22?28 KBi17V3O33為四方相，空間結(jié)構(gòu)群為PUlA^Bih7V8O16S四方相，空間結(jié)構(gòu)群為I4/m。并且Bi17V3O33/BiuV8O16光催化劑的形貌為帶狀，粒徑分布細(xì)勻，有利于光催化降解過程中光催化劑與目標(biāo)降解物的均勻吸附。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制得的基礎(chǔ)粉體的XRD圖；
[0034]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制得的基礎(chǔ)粉體的SEM圖；
[0035]圖3是本發(fā)明實(shí)施例1制得的帶狀Bi17V3O33ZiBih7V8O16光催化劑的XRD圖；
[0036]圖4是本發(fā)明實(shí)施例1制得的帶狀Bi17V3O33ZiBih7V8O16光催化劑的SEM圖；
[0037]圖5是本發(fā)明實(shí)施例1制得的帶狀Bi17V3O33ZiBih7V8O16光催化劑在紫外光下降解羅丹明B溶液的吸光度曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖和本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步描述，原料均為分析純。
[0039]實(shí)施例1:
[0040]步驟1:將0.0lmol Bi (NO3)3.5H20溶于20ml去離子水中，室溫下，在磁力攪拌器上攪拌30min至攪拌均勻，得到Bi (NO3)3.5H20濃度為0.5mol/L的鉍鹽溶液；將0.0lmolNH4VO3溶于85°C的20ml去離子水中，在磁力攪拌器上以45°C的溫度加熱攪拌12min，至釩鹽溶液呈透明棕黃色即可，得到NH4VO3濃度為0.5mol/L的釩鹽溶液，注意不能加熱攪拌時(shí)間過長，而導(dǎo)致出現(xiàn)黃色沉淀(如果出現(xiàn)沉淀將會出現(xiàn)另外一相V2O5)。
[0041]步驟2:將步驟I制備的將鉍鹽溶液和釩鹽溶液按照B1:V = 1:1的摩爾配比混合，在磁力攪拌器上攪拌20min至攪拌均勻,得到混合液,然后向混合液中加入5ml濃度為12mol/L的NaOH溶液作為礦化劑，調(diào)節(jié)混合液的pH值為12.57，然后在磁力攪拌器上攪拌50min,制得前驅(qū)體；注意NaOH溶液在配制時(shí)，應(yīng)使用片狀干燥的NaOH試劑，不能使用顆粒狀NaOH，以防止配制的NaOH溶液堿性不穩(wěn)定。
[0042]步驟3:將前驅(qū)體放入聚四氟乙烯內(nèi)襯的微波水熱反應(yīng)釜中，并用5mL去離子水進(jìn)行沖洗，控制微波水熱反應(yīng)釜的填充比為50%，密封微波水熱反應(yīng)釜；將微波水熱水熱反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)儀中，設(shè)定微波水熱反應(yīng)溫度為200°C，保溫時(shí)間為40min，功率為300W;待反應(yīng)完成后自然冷卻至室溫，取出反應(yīng)釜中的沉淀，用去離子水洗滌和無水乙醇各洗滌3次，最后在80°C非密閉恒溫環(huán)境中干燥12h，得到纖維狀Bi17V3O33ZiB^62V8O16粉體。
[0043]步驟4:將制得的纖維狀Bi17V3O33Mh62V8O16粉體分散于1mL無水乙醇中，攪拌15min制得懸濁液，懸濁液中纖維狀Bi17V3O33ZiBiu2V8O16粉體的濃度為100g/L，將0.3g十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)溶解于15mL去離子水中，攪拌30min，制得表面活性劑溶液，表面活性劑溶液中表面活性劑的濃度為20g/L ;將Gd(NO3)3.6Η20溶解于去離子水中，攪拌20min，制得稀土溶液，稀土溶液中Gd的濃度為1.05g/L ；
[0044]步驟5:將懸濁液與表面活性劑溶液混合，攪拌20min，得混合液，混合液中基礎(chǔ)粉體與表面活性劑的質(zhì)量比為1:0.3，用冰乙酸(CHfOOH)溶液和濃度為5mol/L的NaOH溶液作為PH調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)混合液的pH = 5.99，攪拌30min，再向混合液中加入稀土溶液，攪拌20min,得前驅(qū)體溶液,前驅(qū)體溶液中稀土元素Gd與基礎(chǔ)粉體中含有的Bi元素的摩爾比為6:100 ；
[0045]步驟6:將前驅(qū)體溶液放入聚四氟乙烯內(nèi)襯的微波水熱反應(yīng)釜中，并用5mL去離子水進(jìn)行沖洗，控制微波水熱反應(yīng)釜的填充比為45%，密封微波水熱反應(yīng)釜；將微波水熱水熱反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)儀中，設(shè)定微波水熱反應(yīng)溫度為200°C，保溫時(shí)間為40min，功率為300W;待反應(yīng)完成后自然冷卻至室溫，取出反應(yīng)釜中的沉淀，用去離子水洗滌和無水乙醇各洗滌3次，最后在80°C非密閉恒溫環(huán)境中干燥12h，制得Bi17V3O33ZiB^7V8O16光催化劑。
[0046]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制得的基礎(chǔ)粉體(纖維狀Bi17V3OJBih62V8O16粉體)的XRD圖，可看出將鉍鹽和釩鹽分別溶解混合后，通過調(diào)節(jié)pH為12.57制得的基礎(chǔ)粉體為Bi17V3O33ZBi1.62V8016 晶體。
[0047]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制得的基礎(chǔ)粉體(纖維狀Bi17V3OJBih62V8O16粉體)的SEM圖，可看出基礎(chǔ)粉體具有均勻的帶狀纖維結(jié)構(gòu)。
[0048]圖3是本發(fā)明實(shí)施例1制得的Bi17V3O33ZiBih7V8O16光催化劑的XRD圖，從圖中可以看出在一次微波處理后，以SDBS為表面活性劑，添加稀土元素Gd，控制二次微波水熱前驅(qū)液pH為5.99，進(jìn)行二次微波水熱處理，可以制備出Bi17V3OJBih7V8O16光催化劑。Bi17V3O33/Bil7V8O16光催化劑為Bi17V3O33和Bil7V8O16的復(fù)合晶體，其中Bi17V3O33和Bil7V8O16所占的質(zhì)量百分比分別為75%和25KBi17V3O33S四方相(與卡片JCPDS:52-1476相符)，空間結(jié)構(gòu)群為P121/C1，Bil7V8O16為四方相(與卡片JCPDS: 52-1476相符)，空間結(jié)構(gòu)群為I4/m。
[0049]圖4是本發(fā)明實(shí)施例1制得的Bi17V3O33ZiBih7V8O16光催化劑的SEM圖，在均勻纖維上面分布有均勻的帶狀結(jié)構(gòu)，晶粒勻細(xì)。
[0050]圖5是本發(fā)明實(shí)施例2制得的Bi17V3O33ZiBih7V8O16光催化劑在在紫外光下降解羅丹明B溶液的吸光度曲線圖，可以看出隨著光催化降解的進(jìn)行，羅丹明B的吸光度越來越低，顯示其濃度也越來越低，隨著時(shí)間的延長，吸光度降低，吸收峰位置也逐漸藍(lán)移，并且展寬，最終藍(lán)移至500nm左右。60min時(shí)，554nm處的吸光度已經(jīng)成平滑直線，波峰處的吸光度值降低至0.2以下，這表明溶液中的羅丹明B已經(jīng)基本全部降解，說明本發(fā)明提供的Bi17V3O33/Bil7V8O16光催化劑對羅丹明B有很好的降解效果，證明Bi17V3O33ZiB^7V8O16光催化劑具有良好的紫外光光催化效應(yīng)，能夠用于降解有機(jī)物和環(huán)境污染物。
[0051]實(shí)施例2:
[0052]步驟1:將扮(勵(lì)3)3*5!120溶于去離子水中，室溫下，在磁力攪拌器上攪拌201^11至攪拌均勻，得到Bi (NO3) 3.5H20濃度為0.4mol/L的鉍鹽溶液；將NH4VO3溶于80°C的去離子水中，在磁力攪拌器上以40°C的溫度加熱攪拌14min，至釩鹽溶液呈透明棕黃色即可，得到NH4VO3濃度為0.4mol/L的釩鹽溶液，注意不能加熱攪拌時(shí)間過長，而導(dǎo)致出現(xiàn)黃色沉淀。
[0053]步驟2:將步驟I制備的將鉍鹽溶液和釩鹽溶液按照B1:V = 1:1的摩爾配比混合，在磁力攪拌器上攪拌15min至攪拌均勻，得到混合液,然后向混合液中加入濃度為11.5mol/L的NaOH溶液作為礦化劑，調(diào)節(jié)混合液的pH值為12.53，然后在磁力攪拌器上攪拌40min，制得前驅(qū)體；注意NaOH溶液在配制時(shí)，應(yīng)使用片狀干燥的NaOH試劑，不能使用顆粒狀NaOH，以防止配制的NaOH溶液堿性不穩(wěn)定。
[0054]步驟3:將前驅(qū)體放入聚四氟乙烯內(nèi)襯的微波水熱反應(yīng)釜中，并用5mL去離子水進(jìn)行沖洗，控制微波水熱反應(yīng)釜的填充比為40%，密封微波水熱反應(yīng)釜；將微波水熱水熱反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)儀中，設(shè)定微波水熱反應(yīng)溫度為190°C，保溫時(shí)間為50min，功率為300W;待反應(yīng)完成后自然冷卻至室溫，取出反應(yīng)釜中的沉淀，用去離子水洗滌和無水乙醇各洗滌3次，最后在75°C非密閉恒溫環(huán)境中干燥llh，得到纖維狀Bi17V3CWBiu2V8O16粉體。
[0055]步驟4:將制得的纖維狀Bi17V3O33Mh62V8O16粉體分散于1mL無水乙醇中，攪拌30min制得懸濁液，懸濁液中纖維狀Bi17V3OJBih62V8O16粉體的濃度為100g/L，將0.06g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解于15mL去離子水中，攪拌15min，制得表面活性劑溶液，表面活性劑溶液中表面活性劑的濃度為4g/L ;將Er(NO3)3.6H20溶解于去離子水中，攪拌15min，制得稀土溶液，稀土溶液中Er的濃度為1.13g/L ；
[0056]步驟5:將懸濁液與表面活性劑溶液混合，攪拌15min，得混合液，混合液中基礎(chǔ)粉體與表面活性劑的質(zhì)量比為1:0.06，用冰乙酸(CH3COOH)溶液和濃度為4mol/L的NaOH溶液作為PH調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)混合液的pH = 8.05，攪拌15min，再向混合液中加入稀土溶液，攪拌15min,得前驅(qū)體溶液,前驅(qū)體溶液中稀土元素Er與基礎(chǔ)粉體中含有的Bi元素的摩爾比為6.5:100 ；
[0057]步驟6:將前驅(qū)體溶液放入聚四氟乙烯內(nèi)襯的微波水熱反應(yīng)釜中，并用5mL去離子水進(jìn)行沖洗，控制微波水熱反應(yīng)釜的填充比為40%，密封微波水熱反應(yīng)釜；將微波水熱水熱反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)儀中，設(shè)定微波水熱反應(yīng)溫度為190°C，保溫時(shí)間為50min，功率為300W;待反應(yīng)完成后自然冷卻至室溫，取出反應(yīng)釜中的沉淀，用去離子水洗滌和無水乙醇各洗滌3次，最后在75°C非密閉恒溫環(huán)境中干燥Ilh，制得Bi17V3O33ZiB^7V8O16光催化劑。
[0058]經(jīng)測試證明制得的產(chǎn)物為Bi17V3O33Z^Bih7V8O16晶體，并具有均勻纖維狀及帶狀結(jié)構(gòu)，在紫外光下具有較好的光催化性能。
[0059]實(shí)施例3:
[0060]步驟1:將Bi (NO3)3.5H20溶于20ml去離子水中，室溫下，在磁力攪拌器上攪拌25min至攪拌均勻，得到Bi (NO3) 3.5H20濃度為0.6mol/L的鉍鹽溶液；將NH4VO3溶于90°C的20ml去離子水中，在磁力攪拌器上以50°C的溫度加熱攪拌llmin，至釩鹽溶液呈透明棕黃色即可，得到NH4VO3濃度為0.6mol/L的釩鹽溶液，注意不能加熱攪拌時(shí)間過長，而導(dǎo)致出現(xiàn)黃色沉淀。
[0061]步驟2:將步驟I制備的將鉍鹽溶液和釩鹽溶液按照B1: V = 1:1的摩爾配比混合，在磁力攪拌器上攪拌30min至攪拌均勻,得到混合液,然后向混合液中加入濃度為llmol/L的NaOH溶液作為礦化劑，調(diào)節(jié)混合液的pH值為12.55，然后在磁力攪拌器上攪拌60min，制得前驅(qū)體；注意NaOH溶液在配制時(shí)，應(yīng)使用片狀干燥的NaOH試劑，不能使用顆粒狀NaOH，以防止配制的NaOH溶液堿性不穩(wěn)定。
[0062]步驟3:將前驅(qū)體放入聚四氟乙烯內(nèi)襯的微波水熱反應(yīng)釜中，并用5mL去離子水進(jìn)行沖洗，控制微波水熱反應(yīng)釜的填充比為55%，密封微波水熱反應(yīng)釜；將微波水熱水熱反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)儀中，設(shè)定微波水熱反應(yīng)溫度為210°C，保溫時(shí)間為30min，功率為300W;待反應(yīng)完成后自然冷卻至室溫，取出反應(yīng)釜中的沉淀，用去離子水洗滌和無水乙醇各洗滌3次，最后在85°C非密閉恒溫環(huán)境中干燥10h，得到纖維狀Bi17V3O33ZiB^62V8O16粉體。
[0063]步驟4:將制得的纖維狀Bi17V3O33Mh62V8O16粉體分散于1mL無水乙醇中，攪拌20min制得懸濁液，懸濁液中纖維狀Bi17V3O33ZiB^62V8O16粉體的濃度為90g/L，將0.08g PVP溶解于15mL去離子水中，攪拌20min，制得表面活性劑溶液，表面活性劑溶液中表面活性劑的濃度為5.3g/L ^fEu(NO3)3.6Η20溶解于去離子水中，攪拌30min，制得稀土溶液，稀土溶液中Eu的濃度為1.38g/L ；
[0064]步驟5:將懸濁液與表面活性劑溶液混合，攪拌30min，得混合液，混合液中基礎(chǔ)粉體與表面活性劑的質(zhì)量比為1:0.08，用冰乙酸(CH3COOH)溶液和濃度為6mol/L的NaOH溶液作為PH調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)混合液的pH = 5.09，攪拌20min，再向混合液中加入稀土溶液，攪拌30min,得前驅(qū)體溶液,前驅(qū)體溶液中稀土元素Eu與基礎(chǔ)粉體中含有的Bi元素的摩爾比為8:100 ；
[0065]步驟6:將前驅(qū)體溶液放入聚四氟乙烯內(nèi)襯的微波水熱反應(yīng)釜中，并用5mL去離子水進(jìn)行沖洗，控制微波水熱反應(yīng)釜的填充比為50%，密封微波水熱反應(yīng)釜；將微波水熱水熱反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)儀中，設(shè)定微波水熱反應(yīng)溫度為210°C，保溫時(shí)間為30min，功率為300W;待反應(yīng)完成后自然冷卻至室溫，取出反應(yīng)釜中的沉淀，用去離子水洗滌和無水乙醇各洗滌3次，最后在85°C非密閉恒溫環(huán)境中干燥10h，制得Bi17V3O33ZiB^7V8O16光催化劑。
[0066]經(jīng)測試證明制得的產(chǎn)物為Bi17V3O33Z^Bih7V8O16晶體，并具有均勻纖維狀及帶狀結(jié)構(gòu)，在紫外光下具有較好的光催化性能。
[0067]實(shí)施例4:
[0068]步驟1:將Bi (NO3)3.5H20溶于20ml去離子水中，室溫下，在磁力攪拌器上攪拌22min至攪拌均勻，得到Bi (NO3) 3.5Η20濃度為0.45mol/L的鉍鹽溶液；將NH4VO3溶于82V的20ml去離子水中，在磁力攪拌器上以48°C的溫度加熱攪拌13min，至釩鹽溶液呈透明棕黃色即可，得到NH4VO3濃度為0.45mol/L的釩鹽溶液，注意不能加熱攪拌時(shí)間過長，而導(dǎo)致出現(xiàn)黃色沉淀。
[0069]步驟2:將步驟I制備的將鉍鹽溶液和釩鹽溶液按照B1:V = 1:1的摩爾配比混合，在磁力攪拌器上攪拌25min至攪拌均勻，得到混合液，然后向混合液中加入濃度為11.8mol/L的NaOH溶液作為礦化劑，調(diào)節(jié)混合液的pH值為12.58，然后在磁力攪拌器上攪拌45min，制得前驅(qū)體；注意NaOH溶液在配制時(shí)，應(yīng)使用片狀干燥的NaOH試劑，不能使用顆粒狀NaOH，以防止配制的NaOH溶液堿性不穩(wěn)定。
[0070]步驟3:將前驅(qū)體放入聚四氟乙烯內(nèi)襯的微波水熱反應(yīng)釜中，并用5mL去離子水進(jìn)行沖洗，控制微波水熱反應(yīng)釜的填充比為45%，密封微波水熱反應(yīng)釜；將微波水熱水熱反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)儀中，設(shè)定微波水熱反應(yīng)溫度為195°C，保溫時(shí)間為45min，功率為300W;待反應(yīng)完成后自然冷卻至室溫，取出反應(yīng)釜中的沉淀，用去離子水洗滌和無水乙醇各洗滌3次，最后在78°C非密閉恒溫環(huán)境中干燥10.5h，得到纖維狀Bi17V3O33ZiBiu2V8O16粉體。
[0071]步驟4:將制得的纖維狀Bi17V3O33Mh62V8O16粉體分散于1mL無水甲醇中，攪拌25min制得懸濁液，懸濁液中纖維狀Bi17V3CWBiu2V8O16粉體的濃度為110g/L，將0.4g聚山梨酯-80 (Tween-80)溶解于15mL去離子水中，攪拌25min，制得表面活性劑溶液，表面活性劑溶液中表面活性劑的濃度為26.7g/L ;將Nd(NO3)3.6Η20溶解于去離子水中，攪拌25min，制得稀土溶液，稀土溶液中Nd的濃度為1.26g/L ；
[0072]步驟5:將懸濁液與表面活性劑溶液混合，攪拌25min，得混合液，混合液中基礎(chǔ)粉體與表面活性劑的質(zhì)量比為1:0.4，用冰乙酸(CH3COOH)溶液和濃度為4.5mol/L的NaOH溶液作為PH調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)混合液的pH = 4.02，攪拌25min，再向混合液中加入稀土溶液，攪拌25min,得前驅(qū)體溶液,前驅(qū)體溶液中稀土元素Nd與基礎(chǔ)粉體中含有的Bi元素的摩爾比為7.5:100 ；
[0073]步驟6:將前驅(qū)體溶液放入聚四氟乙烯內(nèi)襯的微波水熱反應(yīng)釜中，并用5mL去離子水進(jìn)行沖洗，控制微波水熱反應(yīng)釜的填充比為55%，密封微波水熱反應(yīng)釜；將微波水熱水熱反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)儀中，設(shè)定微波水熱反應(yīng)溫度為195°C，保溫時(shí)間為45min，功率為300W;待反應(yīng)完成后自然冷卻至室溫，取出反應(yīng)釜中的沉淀，用去離子水洗滌和無水乙醇各洗滌3次，最后在82°C非密閉恒溫環(huán)境中干燥10.5h，制得Bi17V3OJBih7V8O16光催化劑。
[0074]經(jīng)測試證明制得的產(chǎn)物為Bi17V3O3^Bih7V8O16晶體，并具有均勻纖維狀及帶狀結(jié)構(gòu)，在紫外光下具有較好的光催化性能。
[0075]實(shí)施例5:
[0076]步驟1:將Bi (NO3)3.5H20溶于20ml去離子水中，室溫下，在磁力攪拌器上攪拌28min至攪拌均勻，得到Bi (NO3) 3.5Η20濃度為0.55mol/L的鉍鹽溶液；將NH4VO3溶于88°C的20ml去離子水中，在磁力攪拌器上以43°C的溫度加熱攪拌lOmin，至釩鹽溶液呈透明棕黃色即可，得到NH4VO3濃度為0.55mol/L的釩鹽溶液，注意不能加熱攪拌時(shí)間過長，而導(dǎo)致出現(xiàn)黃色沉淀。
[0077]步驟2:將步驟I制備的將鉍鹽溶液和釩鹽溶液按照B1:V = 1:1的摩爾配比混合，在磁力攪拌器上攪拌28min至攪拌均勻，得到混合液，然后向混合液中加入濃度為11.5mol/L的NaOH溶液作為礦化劑，調(diào)節(jié)混合液的pH值為12.5，然后在磁力攪拌器上攪拌55min,制得前驅(qū)體；注意NaOH溶液在配制時(shí)，應(yīng)使用片狀干燥的NaOH試劑，不能使用顆粒狀NaOH，以防止配制的NaOH溶液堿性不穩(wěn)定。
[0078]步驟3:將前驅(qū)體放入聚四氟乙烯內(nèi)襯的微波水熱反應(yīng)釜中，并用5mL去離子水進(jìn)行沖洗，控制微波水熱反應(yīng)釜的填充比為48%，密封微波水熱反應(yīng)釜；將微波水熱水熱反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)儀中，設(shè)定微波水熱反應(yīng)溫度為205°C，保溫時(shí)間為35min，功率為300W;待反應(yīng)完成后自然冷卻至室溫，取出反應(yīng)釜中的沉淀，用去離子水洗滌和無水乙醇各洗滌3次，最后在82°C非密閉恒溫環(huán)境中干燥11.5h，得到纖維狀Bi17V3O33ZiB^62V8O16粉體。
[0079]步驟4:將制得的纖維狀Bi17V3O33Mh62V8O16粉體分散于1mL無水乙醇中，攪拌22min制得懸濁液，懸濁液中纖維狀Bi17V3OjBi1.62V8016粉體的濃度為95g/L，將十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)溶解于15mL去離子水中，攪拌22min，制得表面活性劑溶液，表面活性劑溶液中表面活性劑的濃度為27g/L ;將Ho (NO3)3.6Η20溶解于去離子水中，攪拌22min，制得稀土溶液，稀土溶液中Ho的濃度為0.87g/L ；
[0080]步驟5:將懸濁液與表面活性劑溶液混合，攪拌22min，得混合液，混合液中基礎(chǔ)粉體與表面活性劑的質(zhì)量比為1:0.405，用冰乙酸(CH3COOH)溶液和濃度為5.5mol/L的NaOH溶液作為PH調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)混合液的pH = 7，攪拌22min，再向混合液中加入稀土溶液，攪拌22min,得前驅(qū)體溶液,前驅(qū)體溶液中稀土元素Ho與基礎(chǔ)粉體中含有的Bi元素的摩爾比為5:100 ；
[0081]步驟6:將前驅(qū)體溶液放入聚四氟乙烯內(nèi)襯的微波水熱反應(yīng)釜中，并用5mL去離子水進(jìn)行沖洗，控制微波水熱反應(yīng)釜的填充比為43%，密封微波水熱反應(yīng)釜；將微波水熱水熱反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)儀中，設(shè)定微波水熱反應(yīng)溫度為205°C，保溫時(shí)間為35min，功率為300W;待反應(yīng)完成后自然冷卻至室溫，取出反應(yīng)釜中的沉淀，用去離子水洗滌和無水乙醇各洗滌3次，最后在78°C非密閉恒溫環(huán)境中干燥11.5h，制得Bi17V3O33ZiBih7V8O16光催化劑。
[0082]經(jīng)測試證明制得的產(chǎn)物為Bi17V3O3^Bih7V8O16晶體，并具有均勻纖維狀及帶狀結(jié)構(gòu)，在紫外光下具有較好的光催化性能。
[0083]實(shí)施例6:
[0084]步驟1:將Bi (NO3)3.5H20溶于20ml去離子水中，室溫下，在磁力攪拌器上攪拌30min至攪拌均勻，得到Bi (NO3) 3.5H20濃度為0.5mol/L的鉍鹽溶液；將NH4VO3溶于86°C的20ml去離子水中，在磁力攪拌器上以45°C的溫度加熱攪拌15min，至釩鹽溶液呈透明棕黃色即可，得到NH4VO3濃度為0.5mol/L的釩鹽溶液，注意不能加熱攪拌時(shí)間過長，而導(dǎo)致出現(xiàn)黃色沉淀。
[0085]步驟2:將步驟I制備的將鉍鹽溶液和釩鹽溶液按照B1: V = 1:1的摩爾配比混合，在磁力攪拌器上攪拌22min至攪拌均勻,得到混合液,然后向混合液中加入濃度為12mol/L的NaOH溶液作為礦化劑，調(diào)節(jié)混合液的pH值為13，然后在磁力攪拌器上攪拌48min，制得前驅(qū)體；注意NaOH溶液在配制時(shí)，應(yīng)使用片狀干燥的NaOH試劑，不能使用顆粒狀NaOH，以防止配制的NaOH溶液堿性不穩(wěn)定。
[0086]步驟3:將前驅(qū)體放入聚四氟乙烯內(nèi)襯的微波水熱反應(yīng)釜中，并用5mL去離子水進(jìn)行沖洗，控制微波水熱反應(yīng)釜的填充比為52%，密封微波水熱反應(yīng)釜；將微波水熱水熱反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)儀中，設(shè)定微波水熱反應(yīng)溫度為202°C，保溫時(shí)間為38min，功率為300W;待反應(yīng)完成后自然冷卻至室溫，取出反應(yīng)釜中的沉淀，用去離子水洗滌和無水乙醇各洗滌3次，最后在80°C非密閉恒溫環(huán)境中干燥12h，得到纖維狀Bi17V3O33ZiB^62V8O16粉體。
[0087]步驟4:將制得的纖維狀Bi17V3O33Mh62V8O16粉體分散于1mL無水甲醇中，攪拌28min制得懸濁液，懸濁液中纖維狀Bi17V3O33Z^ih62V8O16粉體的濃度為105g/L，將乙二胺四乙酸(ETDA)溶解于15mL去離子水中，攪拌28min，制得表面活性劑溶液，表面活性劑溶液中表面活性劑的濃度為15g/L ;將Dy(NO3)3.6Η20溶解于去離子水中，攪拌28min，制得稀土溶液，稀土溶液中Dy的濃度為1.47g/L ；
[0088]步驟5:將懸濁液與表面活性劑溶液混合，攪拌28min，得混合液，混合液中基礎(chǔ)粉體與表面活性劑的質(zhì)量比為1:0.225，用冰乙酸(CH3COOH)溶液和濃度為5mol/L的NaOH溶液作為PH調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)混合液的pH = 3，攪拌28min，再向混合液中加入稀土溶液，攪拌28min,得前驅(qū)體溶液,前驅(qū)體溶液中稀土元素Dy與基礎(chǔ)粉體中含有的Bi元素的摩爾比為7:100 ；
[0089]步驟6:將前驅(qū)體溶液放入聚四氟乙烯內(nèi)襯的微波水熱反應(yīng)釜中，并用5mL去離子水進(jìn)行沖洗，控制微波水熱反應(yīng)釜的填充比為47%，密封微波水熱反應(yīng)釜；將微波水熱水熱反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)儀中，設(shè)定微波水熱反應(yīng)溫度為202°C，保溫時(shí)間為38min，功率為300W;待反應(yīng)完成后自然冷卻至室溫，取出反應(yīng)釜中的沉淀，用去離子水洗滌和無水乙醇各洗滌3次，最后在80°C非密閉恒溫環(huán)境中干燥12h，制得Bi17V3O33ZiB^7V8O16光催化劑。
[0090]經(jīng)測試證明制得的產(chǎn)物為Bi17V3O33Z^Bih7V8O16晶體，并具有均勻纖維狀及帶狀結(jié)構(gòu)，在紫外光下具有較好的光催化性能。
[0091]本發(fā)明制得的帶狀Bi17V3O33Mh7V8O16光催化劑，為Bi17V3O33和Bil7V8O16的復(fù)合晶體，其形貌為帶狀，其中Bi17V3O33和BiuV8O16所占的質(zhì)量百分比分別為72?78%和22?28%，Bi17V3O33為四方相，空間結(jié)構(gòu)群為P121/C1，Bi1.7V8016為四方相，空間結(jié)構(gòu)群為I4/m。
[0092]上述實(shí)施例中使用的含有稀土元素的原料還可以為La(NO3)3.6H20、Ce (NO3) 3.6H20、Pr (NO3) 3.6H20、Sm (NO3) 3.6H20、Tb (NO3) 3.6H20、Tm (NO3) 3.6H20、Yb (NO3) 3.6H20 或 Lu (NO3) 3.6H20。
[0093]以上所述僅為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，不是全部或唯一的實(shí)施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通過閱讀本發(fā)明說明書而對本發(fā)明技術(shù)方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種帶狀Bi17V3O33ZiBih7V8O16光催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:將鉍鹽溶于水中，攪拌均勻，得到鉍鹽溶液；將釩鹽溶于熱水中，加熱攪拌至釩鹽完全溶解，得到釩鹽溶液； 步驟2，將鉍鹽溶液和釩鹽溶液按照B1:V= 1:1的摩爾配比混合，攪拌均勻，得到混合液；向混合液中加入礦化劑，調(diào)節(jié)混合液的pH值為12.5?13,繼續(xù)攪拌40?60min,形成前驅(qū)體； 步驟3，將前驅(qū)體放入微波水熱反應(yīng)釜中，將微波水熱反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)儀中，以300W的功率，在190?210°C下保溫30?50min進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完成后自然冷卻至室溫，然后將反應(yīng)生成的沉淀取出，洗滌、干燥，得到基礎(chǔ)粉體； 步驟4，將基礎(chǔ)粉體分散于溶劑中，攪拌均勻，得懸濁液；將表面活性劑溶解于水中，攪拌均勻，得表面活性劑溶液；將含有稀土元素的原料溶解于水中，攪拌均勻，得稀土溶液； 步驟5:將懸濁液與表面活性劑溶液混合均勻，得混合液，混合液中基礎(chǔ)粉體與表面活性劑的質(zhì)量比為1: (0.06?0.405)，調(diào)節(jié)混合液的pH = 3?8.05，攪拌均勻，再向混合液中加入稀土溶液，攪拌均勻，得前驅(qū)體溶液，前驅(qū)體溶液中稀土元素與基礎(chǔ)粉體中含有的Bi元素的摩爾比為(5?8): 100 ； 步驟6:將前驅(qū)體溶液放入微波水熱反應(yīng)釜中，將微波水熱反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)儀中，以300W的功率，在190?21 (TC下保溫30?50min進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完成后自然冷卻至室溫，然后將反應(yīng)生成的沉淀取出，洗滌、干燥，得到長帶狀Bi17V3O33ZiBi1.,V8O16光催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶狀Bi17V3O33ZiBih7V8O16光催化劑的制備方法，其特征在于:所述的鉍鹽為Bi (NO3) 3.5H20，釩鹽為NH4VO3 ;鉍鹽溶液中Bi (NO3)3.5H20的濃度為0.4?0.6mol/L,釩鹽溶液中NH4VO3的濃度為0.4?0.6mol/L,釩鹽溶液呈透明的棕黃色，不含有沉淀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶狀Bi17V3O33ZiBih7V8O16光催化劑的制備方法，其特征在于:所述步驟I中攪拌均勻所需的時(shí)間為20?30min ;熱水的溫度為80?90°C，加熱攪拌至釩鹽完全溶解所需的時(shí)間為10?15min，加熱溫度為40?50°C ； 所述步驟2、步驟4和步驟5中攪拌均勻所需的時(shí)間為15?30min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶狀Bi17V3O33ZiBih7V8O16光催化劑的制備方法，其特征在于:所述步驟2中的礦化劑為11?12mol/L的NaOH溶液； 所述步驟5中用冰乙酸溶液和濃度為4?6mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)混合液的pH值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶狀Bi17V3O33ZiBih7V8O16光催化劑的制備方法，其特征在于:所述步驟3和步驟6中微波水熱反應(yīng)釜的填充比為40%?55%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶狀Bi17V3O33ZBih7V8O16光催化劑的制備方法，其特征在于:所述步驟3和步驟6中的干燥為在75?85°C下干燥10?12h。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶狀Bi17V3O33ZiBih7V8O16光催化劑的制備方法，其特征在于:所述的基礎(chǔ)粉體為纖維狀Bi17V3O33Mh62V8O16粉體； 溶劑為無水乙醇或無水甲醇； 表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨、乙二胺四乙酸或聚山梨酯-80 ； 稀土兀素為 La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb 或 Lu。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶狀Bi17V3O33ZiBih7V8O16光催化劑的制備方法，其特征在于:所述的懸濁液中基礎(chǔ)粉體的濃度為90?110g/mL ； 表面活性劑溶液中表面活性劑的濃度為4?27g/L ； 稀土溶液中稀土元素的濃度為0.87?1.47g/L。
9.權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)所述的帶狀Bi17V3O33ZBih7V8O16光催化劑的制備方法制得的帶狀Bi17V3O33ZiB^7V8O16光催化劑，其特征在于:為Bi17V3O33和BiuV8O16的復(fù)合晶體，其形貌為帶狀，其中Bi17V3O33和BiuV8O16所占的質(zhì)量百分比分別為72?78%和22?28%,Bi17V3O33為四方相，空間結(jié)構(gòu)群為P121/C1，Bih7V8O16為四方相，空間結(jié)構(gòu)群為I4/m。
10.權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)所述的帶狀Bi17V3O33ZBih7V8O16光催化劑的制備方法制得的帶狀Bi17V3O33ZBih7V8O16光催化劑在降解環(huán)境污染物和有機(jī)物方面的應(yīng)用。
【文檔編號】A62D101/26GK104383911SQ201410713142
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】談國強(qiáng), 趙程程, 任慧君, 夏傲 申請人:陜西科技大學(xué)