專利名稱：花球狀Bi₄V₂O₁₁可見(jiàn)光催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
—種花球狀Bi4V2O11可見(jiàn)光催化劑的制備方法屬于光催化材料的制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在光催化領(lǐng)域內(nèi)，尋找具有高效降解有機(jī)污染物的可見(jiàn)光光催化材料一直是環(huán)境污染控制與治理以及新型能源開(kāi)發(fā)的重大研究課題之一。Bi4V2O11因其具有優(yōu)異的離子導(dǎo)電性能而被廣泛應(yīng)用在電極材料領(lǐng)域。目前，國(guó)內(nèi)外科研工作者將Bi4V2O11研究的重心集中在了如何提高它的離子導(dǎo)電性上。而B(niǎo)i4V2O11作為Bi-V-O體系中的一員，2010年Thakra小組采用固相法制備Bi4V2O11并首次證明其在可見(jiàn)光下能夠降解甲基藍(lán)，這為可見(jiàn)光光催化材料的發(fā)展提供了新的“生命”。目前，研究學(xué)者對(duì)于Bi4V2O11晶體結(jié)構(gòu)模型眾說(shuō)紛紜。其中比較典型的模型認(rèn)為Bi4V2O11晶體屬于Aurivillius族的第一類晶系，由(Bi2O2) 2+層與有氧空位的(VO3.5 □ 0.5) 2層兩個(gè)層結(jié)構(gòu)交替疊加而成。Bi4V2O11母體化合物存在a (單斜相)、P (正交相)和Y (四方相)三種晶相，在連續(xù)加熱的過(guò)程中，三種晶相之間會(huì)依次發(fā)生相轉(zhuǎn)變常溫開(kāi)始加熱到450 °C時(shí)，a — P ;繼續(xù)加熱至570 °C時(shí)，P — Y制備方法對(duì)材料的物理和化學(xué)性能也起著重要的作用。目前，Bi4V2O11主要采用的是傳統(tǒng)的固相法制備。Bi4V20n_s是Bi2O3-V2O5體系中Bi2O3含量介于66. 7% 70. 4%的一類固溶體，實(shí)際中很難采用傳統(tǒng)固相法制備出純相并且符合化學(xué)計(jì)量比的Bi4V20n_s。而對(duì)于軟化學(xué)合成的方法(如水熱/溶劑熱，液相法等)至今很少被采用。其中，水熱/溶劑熱法具有合成過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，易于控制，并且在密閉體系中可以有效的防止有毒物質(zhì)的揮發(fā)和制備對(duì)空氣敏感的前驅(qū)體。水熱/溶劑熱法還可以控制物相的形成、粒徑的大小、形態(tài)，且所得產(chǎn)物的分散性較好。因此可以使用溶劑熱法制備Bi4V2O11以提高其相應(yīng)的性能。近年來(lái)，研究者越來(lái)越熱衷于合成具有不同形貌的半導(dǎo)體材料，特別是具有高表面積的特殊形貌，并研究其物理化學(xué)性質(zhì)，從而開(kāi)發(fā)其潛在應(yīng)用。所以，合成具有花球狀形貌的Bi4V2O11并研究其光催化性能具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種原材料便宜及生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、能耗小、具有純相的花球狀Bi4V2O11可見(jiàn)光催化劑的制備方法。本發(fā)明所采用的方法，其特征在于I.稱取尿素、硝酸鉍和偏釩酸銨，其摩爾比為8:2:1。2.在攪拌條件下，將硝酸加入到乙二醇溶液中，硝酸與乙二醇的體積比為1:15，得到溶液A。3.將尿素加入到溶液A中，持續(xù)攪拌，得到溶液B。4.將硝酸鉍和偏釩酸銨加入到溶液B中，持續(xù)攪拌，待溶質(zhì)完全溶解，直至整個(gè)體系為透明的棕黃色溶液C。
5.用氨水調(diào)節(jié)溶液C的pH值為7-9，攪拌均勻后，裝入密閉的反應(yīng)釜中。6.在 180 230 °C下晶化 4 24h。7.晶化產(chǎn)物經(jīng)抽濾后，用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌，干燥，即得所需產(chǎn)物。該方法使用相對(duì)傳統(tǒng)的固相法等制備方法生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，易于控制；由于溫度控制在230 °C以下，大大降低了能耗；而且所得產(chǎn)物為具有高比表面積的花球狀結(jié)構(gòu)，大大提聞了光催化性能。圖I是采用Bruker Advance D-8粉末射線衍射儀(Cu Ka福射，入=1. 5406A)測(cè)定所制備材料的結(jié)構(gòu)圖。圖2是采用BACPC-S4800掃描電子顯微鏡測(cè)定所制備材料的形貌圖，其中圖2a為IOk放大倍率電鏡照片，其中圖2b為30k放大倍率 電鏡照片。圖3是采用500 W的鹵鎢絲燈(X > 400 nm)作為可見(jiàn)光源。首先在沒(méi)有光照的羅丹明B染料溶液(I. 0X10 5mol/L)中加入0. I g的產(chǎn)物^Te，磁力攪拌30 min使之濃度均勻，建立吸附一解離平衡。再取出少量染料溶液作為光降解的起始濃度。充分?jǐn)嚢韬?，開(kāi)始可見(jiàn)光照射，每隔30min測(cè)定染料的濃度。樣品所有的吸光度值是用UV-754型紫外一可見(jiàn)光分光光度計(jì)測(cè)試得到的。試驗(yàn)表明所得產(chǎn)物為純正交相的由納米片組成的形狀比較規(guī)則的微米花球，并具有可見(jiàn)光催化活性。


圖I :產(chǎn)物a e的粉末X射線衍射圖；圖2 :產(chǎn)物c的掃描電鏡圖。圖3 :產(chǎn)物a'對(duì)羅丹明B染料的降解曲線。
具體實(shí)施例方式I.在攪拌條件下，將5mL濃度為65%的硝酸加入到75ml乙二醇溶液中；然后將I. 2g尿素加入到上述溶液中，攪拌；將摩爾比為2:1的硝酸鉍和偏釩酸銨加入到上述溶液中，持續(xù)攪拌，待溶質(zhì)完全溶解，直至整個(gè)體系為透明的棕黃色溶液。用氨水調(diào)節(jié)溶液的PH值為7，攪拌均勻后，裝入密閉的100 ml反應(yīng)釜中，在180 °C下晶化4h，晶化產(chǎn)物經(jīng)抽濾后，用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌，干燥，即得產(chǎn)物a。2.在攪拌條件下，將5mL濃度為65%的硝酸加入到75ml乙二醇溶液中；然后將I. 2g尿素加入到上述溶液中，攪拌；將摩爾比為2:1的硝酸鉍和偏釩酸銨加入到上述溶液中，持續(xù)攪拌，待溶質(zhì)完全溶解，直至整個(gè)體系為透明的棕黃色溶液。用氨水調(diào)節(jié)溶液的PH值為9，攪拌均勻后，裝入密閉的100 ml反應(yīng)釜中，在180 °C下晶化4h，晶化產(chǎn)物經(jīng)抽濾后，用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌，干燥，即得產(chǎn)物b。3.在攪拌條件下，將5mL濃度為65%的硝酸加入到75ml乙二醇溶液中；然后將I. 2g尿素加入到上述溶液中，攪拌；將摩爾比為2:1的硝酸鉍和偏釩酸銨加入到上述溶液中，持續(xù)攪拌，待溶質(zhì)完全溶解，直至整個(gè)體系為透明的棕黃色溶液。用氨水調(diào)節(jié)溶液的PH值為7，攪拌均勻后，裝入密閉的100 ml反應(yīng)釜中，在200 °C下晶化4h，晶化產(chǎn)物經(jīng)抽濾后，用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌，干燥，即得產(chǎn)物C。4.在攪拌條件下，將5mL濃度為65%的硝酸加入到75ml乙二醇溶液中；然后將I. 2g尿素加入到上述溶液中，攪拌；將摩爾比為2:1的硝酸鉍和偏釩酸銨加入到上述溶液中，持續(xù)攪拌，待溶質(zhì)完全溶解，直至整個(gè)體系為透明的棕黃色溶液。用氨水調(diào)節(jié)溶液的PH值為7，攪拌均勻后，裝入密閉的100 ml反應(yīng)釜中，在230 °C下晶化4h，晶化產(chǎn)物經(jīng)抽濾后，用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌，干燥，即得產(chǎn)物d。5.在攪拌條件下，將5mL濃度為65%的硝酸加入到75 ml乙二醇溶液中；然后將
I.2g尿素加入到上述溶液中，攪拌；將摩爾比為2:1的硝酸鉍和偏釩酸銨加入到上述溶液中，持續(xù)攪拌，待溶質(zhì)完全溶解，直至整個(gè)體系為透明的棕黃色溶液。用氨水調(diào)節(jié)溶液的PH值為7，攪拌均勻后，裝入密閉的100 ml反應(yīng)釜中，在200 °C下晶化24h，晶化產(chǎn)物經(jīng)抽濾 后，用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌，干燥，即得產(chǎn)物e。
權(quán)利要求
1.一種花球狀Bi4V2O11可見(jiàn)光催化劑的制備方法，其特征是 1)稱取尿素、硝酸秘和偏fL酸銨，其摩爾比為8:2 :1 ; 2)在攪拌條件下，將硝酸加入到乙二醇溶液中，硝酸與乙二醇的體積比為1:15，得到溶液A ; 3)將尿素加入到溶液A中，持續(xù)攪拌，得到溶液B; 4)將硝酸鉍和偏釩酸銨加入到溶液B中，持續(xù)攪拌，待溶質(zhì)完全溶解，直至整個(gè)體系為透明的棕黃色溶液C ; 5)用氨水調(diào)節(jié)溶液C的pH值為7-9，攪拌均勻后，裝入密閉的反應(yīng)釜中； 6)在180 230°C下晶化4 24 h ； 7)晶化產(chǎn)物經(jīng)抽濾后，用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌，干燥，即得所需產(chǎn)物。
全文摘要
花球狀Bi4V2O11可見(jiàn)光催化劑的制備方法屬于光催化材料領(lǐng)域。本發(fā)明步驟1. 稱取尿素、硝酸鉍和偏釩酸銨，其摩爾比為821。2. 在攪拌條件下，將硝酸加入到乙二醇溶液中，得到溶液A。3. 將尿素加入到溶液A中，持續(xù)攪拌，得到溶液B。4. 將硝酸鉍和偏釩酸銨依次加入到溶液B中，持續(xù)攪拌，待溶質(zhì)完全溶解，直至整個(gè)體系為透明的棕黃色溶液C。5. 用氨水調(diào)節(jié)溶液C的 pH 值為7-9，攪拌均勻后，裝入密閉的反應(yīng)釜中。6. 在180~230 ℃下晶化4~24 h。7. 晶化產(chǎn)物經(jīng)抽濾后，用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌，干燥，即得所需產(chǎn)物。該方法不使用較貴的原材料，工藝簡(jiǎn)單，由于反應(yīng)在液相中進(jìn)行并且不需要高溫處理，不但降低了能耗，而且產(chǎn)物為具有高比表面積的純正交相花球狀結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)B01J23/22GK102698735SQ201210157640
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月18日
發(fā)明者劉晶冰, 張美娟, 朱滿康, 汪浩, 王如志, 陳曉芳 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)