專利名稱：一種石墨烯自組裝納米釩酸鉍光催化劑的制備方法
一種石墨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)明屬于納米釩酸鉍光催化劑的制備領(lǐng)域，特別涉及一種石墨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，特別是在微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)域的進一步擴大。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、無機元素和金屬元素?fù)诫s改性等， 旨在擴大其光譜響應(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，如活性炭等的報道也不多，因此，如何增強其在可見光范圍內(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)問題是提供一種石墨烯自組裝納米釩酸鉍光催化劑的制備方法，該方法操作簡單易行，成本低廉，對設(shè)備的要求低，制備的石墨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)，而且回收再生利用簡便，非常適用于廢水的深度處理。
本發(fā)明的一種石墨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；將偏釩酸鹽均勻溶于磷酸鹽緩沖液，然后加入到所述的懸濁液中，攪拌均勻，形成透明溶液，其中鉍鹽和偏釩酸鹽的摩爾比為1 1，鉍鹽和偏釩酸鹽的物質(zhì)的量濃度均為0. 01 0. 15mol/ L，穩(wěn)定劑的物質(zhì)的量濃度為0. 01 0. 05mol/L ；
(2)采用堿性溶液調(diào)節(jié)上述透明溶液的pH值范圍為4. 5 9.0，然后在20 100°C下加入與鉍鹽質(zhì)量比為5 20 1的石墨烯，攪拌混合，回流6-Mh，離心、過濾、洗滌后，可得黃色產(chǎn)物，最后將所得黃色產(chǎn)物于180 400°C焙燒2 4h，經(jīng)冷卻研磨后，即得。
步驟(1)中所述的鉍鹽為硝酸鉍、堿式碳酸鉍、氯化鉍或醋酸鉍。
步驟(1)中所述的穩(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。
步驟(1)中所述的偏釩酸鹽為偏釩酸鈉、偏釩酸鉀或偏釩酸銨。
步驟(1)中所述的磷酸鹽緩沖液均是由物質(zhì)的量濃度為0. 025 0. 05mol/L磷酸二氫鈉和0. 05 0. lmol/L磷酸氫二鈉組成。
步驟O)中所述的堿性溶液為濃度0. 5mol/L 1. 5mol/L的氫氧化鈉或氫氧化鉀水溶液。
本發(fā)明利用石墨烯獨特的層鏈狀結(jié)構(gòu)特征、比表面積大、吸附能力強、化學(xué)惰性等特點，結(jié)合BiVO4的可見光催化活性，成功的將納米BiVO4自組裝到石墨烯上，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，可以實現(xiàn)對水中有機污染物的高效去除，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，石墨烯資源儲量很大，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，具有非常廣闊的實際應(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)明制備的石墨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，具有廣闊的應(yīng)用前景；
(3)石墨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。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實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)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
實施例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下加入一定比例的石墨烯，其中鉍鹽與石墨烯的質(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石墨烯光催化劑粉體。
實施例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下加入一定比例的石墨烯，其中鉍鹽與石墨烯的質(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石墨烯光催化劑粉體。
實施例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下加入一定比例的石墨烯，其中鉍鹽與石墨烯的質(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石墨烯光催化劑粉體。
廢水處理實驗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施例1 例3所制得的光催化劑，連續(xù)在太陽光下照射6小時，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
1.一種石墨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；將偏釩酸鹽均勻溶于磷酸鹽緩沖液，然后加入到所述的懸濁液中，攪拌均勻，形成透明溶液，其中鉍鹽和偏釩酸鹽的摩爾比為1 1，鉍鹽和偏釩酸鹽的物質(zhì)的量濃度均為0. 01 0. 15mol/L，穩(wěn)定劑的物質(zhì)的量濃度為0. 01 0. 05mol/L ；(2)采用堿性溶液調(diào)節(jié)上述透明溶液的pH值范圍為4.5 9. 0，然后在20 100°C下加入與鉍鹽質(zhì)量比為5 20 1的石墨烯，攪拌混合，回流6-Mh，離心、過濾、洗滌后，得產(chǎn)物，最后將所得產(chǎn)物于180 400°C焙燒2 4h，經(jīng)冷卻研磨后，即得。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯自組裝納米釩酸鉍光催化劑的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述的鉍鹽為硝酸鉍、堿式碳酸鉍、氯化鉍或醋酸鉍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯自組裝納米釩酸鉍光催化劑的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述的穩(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所述的一種石墨烯自組裝納米釩酸鉍光催化劑的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述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所述的一種石墨烯自組裝納米釩酸鉍光催化劑的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述的磷酸鹽緩沖液均是由物質(zhì)的量濃度為0. 025 0. 05mol/L磷酸二氫鈉和0. 05 0. lmol/L磷酸氫二鈉組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯自組裝納米釩酸鉍光催化劑的制備方法，其特征在于步驟O)中所述的堿性溶液為濃度0. 5mol/L 1. 5mol/L的氫氧化鈉或氫氧化鉀水溶液。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種石墨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，攪拌形成懸濁液；將偏釩酸鹽均勻溶于磷酸鹽緩沖液，然后加入到所述的懸濁液中，攪拌均勻，形成透明溶液；(2)調(diào)節(jié)上述透明溶液的pH值范圍為4.5～9.0，然后在20～100℃下加入與鉍鹽質(zhì)量比為5～20∶1的石墨烯，攪拌混合，回流6-24h，離心、過濾、洗滌后，得產(chǎn)物，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，制備方法簡單易行，對設(shè)備的要求低；制備的石墨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)，而且回收再生利用簡便，具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號C02F101/30GK102513091SQ20111041011
公開日2012年6月27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)