專利名稱：一種富勒烯自組裝納米釩酸鉍光催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于釩酸鉍光催化劑的制備領(lǐng)域，特別涉及一種富勒烯自組裝納米釩酸鉍光催化劑的制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，以二氧化鈦(TiO2)為核心代表的光催化技術(shù)在環(huán)境污染治理領(lǐng)域，特別是在難生物降解廢水處理和空氣凈化中的應(yīng)用越來越廣泛，但由于其帶隙較寬，僅能夠在紫外光照射下才具有光催化作用，從而限制了其應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步擴(kuò)大。為了能夠提高 TiO2對太陽光的利用效率，國內(nèi)外很多專家學(xué)者圍繞著可見光響應(yīng)的TiA光催化劑展開了大量的研究工作，主要針對T^2光催化劑表面結(jié)構(gòu)改性、無機(jī)元素和金屬元素?fù)诫s改性等， 旨在擴(kuò)大其光譜響應(yīng)范圍，提高其可見光催化活性。盡管如此，經(jīng)過改性的TiO2光催化劑在目前階段仍然存在著可見光催化活性不理想，光降解能力較差等問題，導(dǎo)致其實(shí)用性較差。最近的研究發(fā)現(xiàn)，具有單斜晶系白鎢礦結(jié)構(gòu)的復(fù)合氧化物釩酸鉍(BiVO4)在可見光照射下就具有光催化活性，能夠分解水分子產(chǎn)氧和降解有機(jī)污染物，是一種潛在的光催化劑。然而，BiVO4的吸附性能很差，而且產(chǎn)生的光生載流子難以遷移，容易復(fù)合，從而影響了其可見光活性。目前關(guān)于針對BiVO4的復(fù)合改性和摻雜的研究報(bào)道較少，另外關(guān)于將其自組裝于吸附性能好的多孔材料，如活性炭等的報(bào)道也不多，因此，如何增強(qiáng)其在可見光范圍內(nèi)的吸收，以及提高其可見光催化活性，是目前研究開發(fā)BiVO4高效光催化劑的主要研究 ^^點(diǎn)ο污水處理常規(guī)方法主要有物理分離法、生物降解法、化學(xué)分解法等，但這些方法都存在一定的局限性，因此，研究人員開始致力于開發(fā)高效、低能耗、適用范圍廣和有深度氧化能力的水凈化技術(shù)。近年來，很多學(xué)者將T^2用于光催化降解水體中的有機(jī)污染物， 雖然取得了一定的效果，但由于其光響應(yīng)范圍的限制，導(dǎo)致處理效果往往不夠理想。相比之下，BiVO4在可見光區(qū)域就具有良好的光催化活性，是一種潛在的理想光催化劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種富勒烯自組裝納米釩酸鉍光催化劑的制備方法，該方法成本低廉，簡單易行，對設(shè)備的要求低，可操作性好；制備的富勒烯粉體釩酸鉍自組裝均勻，能夠在紫外光和可見光條件下高效降解持久性有毒有害物質(zhì)，回收再生利用簡便，非常適用于廢水的深度處理。本發(fā)明的一種富勒烯自組裝納米釩酸鉍光催化劑的制備方法，包括(1)將鉍鹽、穩(wěn)定劑加入到磷酸鹽緩沖液中，攪拌15 60min，形成懸濁液；將偏釩酸鹽先均勻溶于磷酸鹽緩沖液，然后加入到上述懸濁液中，攪拌均勻，形成透明溶液；其中， 鉍鹽和偏釩酸鹽在溶液中的濃度均為0. 01 0. 15mol/L，穩(wěn)定劑在溶液中的濃度為0. 01 0.05mol/L ；(2)用堿性溶液調(diào)節(jié)上述透明溶液的pH值至4. 5 9. 0，然后在20 100°C下加
3入與鉍鹽質(zhì)量比為5 1 20 1的富勒烯，攪拌混合，回流6-Mh，離心、過濾、洗滌后，最后將所得產(chǎn)物焙燒，經(jīng)冷卻研磨后，即得自組裝了納米釩酸鉍的富勒烯光催化劑粉體。所述步驟(1)中的鉍鹽為硝酸鉍、堿式碳酸鉍、氯化鉍或醋酸鉍。所述步驟(1)中的穩(wěn)定劑為乙二胺四乙酸二鈉、乙二胺四乙酸四鈉、葡萄糖酸鈉或丁烷四羧酸。所述步驟(1)中的偏釩酸鹽為偏釩酸鈉、偏釩酸鉀或偏釩酸銨。所述步驟(1)中的磷酸鹽緩沖液由濃度為0. 025 0. 05mol/L磷酸二氫鈉溶液和 0. 05 0. lmol/L磷酸氫鈉溶液組成。所述步驟O)中的堿性溶液為0. 5 1. 5mol/L的氫氧化鈉或氫氧化鉀水溶液。所述步驟O)中的焙燒溫度為180 400°C，焙燒時(shí)間為2 4h。本發(fā)明利用富勒烯獨(dú)特的層鏈狀結(jié)構(gòu)特征、比表面積大、吸附能力強(qiáng)、化學(xué)惰性等特點(diǎn)，結(jié)合BiVO4的可見光催化活性，成功的將納米BiVO4自組裝到富勒烯上，制備成可以懸浮于水中的高催化活性可見光光催化材料，并且將其應(yīng)用于廢水的深度處理，可以實(shí)現(xiàn)對水中有機(jī)污染物的高效去除，特別是對常規(guī)處理難以有效去除的持久性微污染物，而且無二次污染，是環(huán)保型的工藝技術(shù)。在我國，富勒烯資源儲(chǔ)量很大，但由于發(fā)現(xiàn)的較晚，其開發(fā)利用水平較低，加上國家非金屬礦加工業(yè)基礎(chǔ)相對薄弱，以至于這種經(jīng)濟(jì)意義重大的礦藏的應(yīng)用還只限于一般的填料，因此，本發(fā)明所制備的自組裝型可見光光催化材料還具有成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，具有非常廣闊的實(shí)際應(yīng)用前景。有益效果(1)本發(fā)明成本低廉，制備方法簡單易行，對設(shè)備的要求低，可操作性好；(2)本發(fā)明制備的富勒烯粉體釩酸鉍自組裝均勻，能夠在紫外光和可見光條件下高效降解持久性有毒有害物質(zhì)，回收再生利用簡便，非常適用于廢水的深度處理；(3)富勒烯本身是一種性能良好的導(dǎo)電化合物，能夠減少光生空穴和電子的符合， 顯著提高BiVO4的光催化活性，去除重金屬離子等有益效果。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實(shí)施例1(1)將硝酸鉍、乙二胺四乙酸二鈉加入到磷酸鹽緩沖液中，磁力攪拌15min，形成懸濁液；將偏釩酸鈉先均勻溶于磷酸鹽緩沖液，然后逐滴加入到上述懸濁液中，磁力攪拌均勻，形成透明溶液；其中硝酸鉍、偏礬酸鈉和乙二胺四乙酸二鈉的物質(zhì)的量濃度均為 0. Olmol/L，磷酸鹽緩沖液是由0. 025mol/L磷酸二氫鈉和0. 05mol/L磷酸氫鈉組成；(2)采用濃度為0. 5mol/L的氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)上述透明溶液的pH值為4. 5，然后在60°C下加入一定比例的富勒烯，其中鉍鹽與富勒烯的質(zhì)量比為1 5，連續(xù)磁力攪拌混合，回流6h、離心、過濾，洗滌后，可得黃色產(chǎn)物，最后將所得產(chǎn)物于180°C焙燒池，經(jīng)冷卻研磨后，即得自組裝了納米釩酸鉍的富勒烯光催化劑粉體。實(shí)施例2(1)將氯化鉍、葡萄糖酸鈉加入到磷酸鹽緩沖液中，磁力攪拌35min，形成懸濁液； 將偏釩酸銨先均勻溶于磷酸鹽緩沖液，然后逐滴加入到上述懸濁液中，磁力攪拌均勻，形成透明溶液；其中氯化鉍物質(zhì)的量濃度為0. 06mol/L、葡萄糖酸鈉物質(zhì)的量濃度為0. 03mol/ L、偏礬酸銨物質(zhì)的量濃度為0. 06mol/L,磷酸鹽緩沖液是由0. 03mol/L磷酸二氫鈉和 0. 08mol/L磷酸氫鈉組成；(2)采用度為lmol/L的氫氧化鉀水溶液調(diào)節(jié)上述透明溶液的pH值為7，然后在 80°C下加入一定比例的富勒烯，其中鉍鹽與富勒烯的質(zhì)量比為1 12，連續(xù)磁力攪拌混合， 回流15h、離心、過濾，洗滌后，可得黃色產(chǎn)物，最后將所得產(chǎn)物于300°C焙燒池，經(jīng)冷卻研磨后，即得自組裝了納米釩酸鉍的富勒烯光催化劑粉體。實(shí)施例3(1)將醋酸鉍、丁烷四羧酸加入到磷酸鹽緩沖液中，磁力攪拌60min，形成懸濁液； 將偏釩酸鉀先均勻溶于磷酸鹽緩沖液，然后逐滴加入到上述懸濁液中，磁力攪拌均勻，形成透明溶液；其中醋酸鉍物質(zhì)的量濃度為0. 15mol/L、丁烷四羧酸物質(zhì)的量濃度為0. 05mol/ L、偏礬酸鉀鈉質(zhì)的量濃度為0. 15mol/L，磷酸鹽緩沖液是由0. 05mol/L磷酸二氫鈉和 0. lmol/L磷酸氫鈉組成；(2)采用濃度為1. 5mol/L的氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)上述透明溶液的pH值為9，然后在100°C下加入一定比例的富勒烯，其中鉍鹽與富勒烯的質(zhì)量比為1 20，連續(xù)磁力攪拌混合，回流Mh、離心、過濾，洗滌后，可得黃色產(chǎn)物，最后將所得產(chǎn)物于400°C焙燒4h，經(jīng)冷卻研磨后，即得自組裝了納米釩酸鉍的富勒烯光催化劑粉體。廢水處理實(shí)驗(yàn)以某印染廠最終排放的印染廢水為處理對象，經(jīng)過微濾膜過濾預(yù)處理后，在其中分別加入相同量通過實(shí)施例1 實(shí)施例3所制得的光催化劑，連續(xù)在太陽光下照射6小時(shí)，對印染廢水的脫色率和C0D&去除率分別如下表所示
權(quán)利要求
1.一種富勒烯自組裝納米釩酸鉍光催化劑的制備方法，包括(1)將鉍鹽、穩(wěn)定劑加入到磷酸鹽緩沖液中，攪拌15 60min，形成懸濁液；將偏釩酸鹽先均勻溶于磷酸鹽緩沖液，然后加入到上述懸濁液中，攪拌均勻，形成透明溶液；其中，鉍鹽和偏釩酸鹽在溶液中的濃度均為0. 01 0. 15mol/L，穩(wěn)定劑在溶液中的濃度為0. 01 0.05mol/L ；(2)用堿性溶液調(diào)節(jié)上述透明溶液的pH值至4.5 9. 0，然后在20 100°C下加入與鉍鹽質(zhì)量比為5 1 20 1的富勒烯，攪拌混合，回流6-Mh，離心、過濾、洗滌后，最后將所得產(chǎn)物焙燒，經(jīng)冷卻研磨后，即得自組裝了納米釩酸鉍的富勒烯光催化劑粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種富勒烯自組裝納米釩酸鉍光催化劑的制備方法，其特征在于所述步驟(1)中的鉍鹽為硝酸鉍、堿式碳酸鉍、氯化鉍或醋酸鉍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種富勒烯自組裝納米釩酸鉍光催化劑的制備方法，其特征在于所述步驟(1)中的穩(wěn)定劑為乙二胺四乙酸二鈉、乙二胺四乙酸四鈉、葡萄糖酸鈉或丁烷四羧酸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種富勒烯自組裝納米釩酸鉍光催化劑的制備方法，其特征在于所述步驟(1)中的偏釩酸鹽為偏釩酸鈉、偏釩酸鉀或偏釩酸銨。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種富勒烯自組裝納米釩酸鉍光催化劑的制備方法，其特征在于所述步驟(1)中的磷酸鹽緩沖液由濃度為0. 025 0. 05mol/L磷酸二氫鈉溶液和 0. 05 0. lmol/L磷酸氫鈉溶液組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種富勒烯自組裝納米釩酸鉍光催化劑的制備方法，其特征在于所述步驟O)中的堿性溶液為0. 5 1. 5mol/L的氫氧化鈉或氫氧化鉀水溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種富勒烯自組裝納米釩酸鉍光催化劑的制備方法，其特征在于所述步驟O)中的焙燒溫度為180 400°C，焙燒時(shí)間為2 4h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種富勒烯自組裝納米釩酸鉍光催化劑的制備方法，制備方法包括(1)將鉍鹽、穩(wěn)定劑加入到磷酸鹽緩沖液中，攪拌15～60min，形成懸濁液；將偏釩酸鹽先均勻溶于磷酸鹽緩沖液，然后加入到上述懸濁液中，攪拌均勻，形成透明溶液；(2)用堿性溶液調(diào)節(jié)pH值，然后在20～100℃下加入富勒烯，攪拌混合，回流6-24h，離心、過濾、洗滌后，最后將所得產(chǎn)物焙燒，經(jīng)冷卻研磨后，即得。本發(fā)明成本低廉，簡單易行，對設(shè)備的要求低，可操作性好；制備的富勒烯粉體釩酸鉍自組裝均勻，能夠在紫外光和可見光條件下高效降解持久性有毒有害物質(zhì)，回收再生利用簡便，非常適用于廢水的深度處理。
文檔編號(hào)C02F1/30GK102489292SQ20111040985
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者劉保江, 李 浩 申請人:東華大學(xué)