釩酸鉍可見光催化劑、制備方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種釩酸鉍可見光催化劑，同時(shí)還涉及釩酸鉍可見光催化劑的制備方法及應(yīng)用，屬于無機(jī)納米光催化劑技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在世界性的環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天，如何有效地治理污染已經(jīng)引起世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。在各種環(huán)境凈化方法中，半導(dǎo)體光催化氧化技術(shù)作為一種新型的環(huán)境凈化技術(shù)已經(jīng)越來越為人們所關(guān)注。傳統(tǒng)的光催化氧化技術(shù)主要采用二氧化鈦(T12)作為光催化劑，但是T12光催化劑的禁帶寬度僅為3.2eV，只對(duì)太陽光中的紫外線部分(僅占太陽光能的3?4% )有響應(yīng)，這使得其作為光催化劑難以大規(guī)模推廣應(yīng)用。為了拓寬T12的響應(yīng)波長(zhǎng)，人們對(duì)打02進(jìn)行了大量的改性研究，如離子摻雜、半導(dǎo)體復(fù)合、金屬絡(luò)合物敏化等方法，這些方法雖然使T12具有可見光催化性能，但同時(shí)也引入了大量的晶格缺陷和復(fù)合中心，造成其可見光催化效率低。
[0003]近年來，人們發(fā)現(xiàn)單斜白鎢礦結(jié)構(gòu)的釩酸鉍在可見光的輻射下，既能分解水產(chǎn)生氧氣又能降解有機(jī)污染物，是一種具有潛在應(yīng)用價(jià)值的可見光催化劑。目前，關(guān)于釩酸鉍的制備方法主要有水熱法、溶劑熱法、液相合成法和固相合成法。然而，這些方法均存在一定的不足，如水熱法和溶劑熱法需要的反應(yīng)溫度較高，時(shí)間較長(zhǎng)。如公布號(hào)CN103240074A的發(fā)明專利公開的一種暴露高活性晶面的釩酸鉍光催化劑的制備方法，包括以下步驟:1)將Bi (NO3) 3.5H20溶于I?4M的稀硝酸溶液中，攪拌使其完全溶解，然后緩慢加入0.45?0.65g的十二萬基磺酸鈉，攪拌均勻，記為溶液A ;2)取與步驟I)中所述Bi (NO3)3.5H20等摩爾量的順^03溶于I?4M的稀氨水溶液中，攪拌使其完全溶解，記為溶液B ;3)將步驟I)所述的溶液A緩慢加入到步驟2)所述的溶液B中，攪拌使其混勻，用氨水溶液緩慢調(diào)節(jié)pH至6.5?8，繼續(xù)攪拌30?120min得均勻混合液；4)將步驟3)得到的混合液轉(zhuǎn)移到晶化爸中，160?200°C下晶化12?48h，自然冷卻到室溫；5)離心后分別用去離子水和無水乙醇洗滌晶化后的催化劑，并在60?100°C下干燥6?12h，得到釩酸鉍納米顆粒。該方法中反應(yīng)溫度高達(dá)160?200°C，且反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。而液相合成法需要對(duì)樣品進(jìn)行高溫煅燒，樣品的比表面積小。傳統(tǒng)的固相合成法能耗高，晶格缺陷多，光催化活性低。因此，有必要開發(fā)一種簡(jiǎn)單、快速合成釩酸鉍可見光催化劑的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種釩酸鉍可見光催化劑。
[0005]同時(shí)，本發(fā)明還提供一種釩酸鉍可見光催化劑的制備方法，其工藝簡(jiǎn)單、易操作，能快速合成釩酸鉍可見光催化劑。
[0006]最后，本發(fā)明還提供一種釩酸鉍可見光催化劑的應(yīng)用。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0008]釩酸鉍可見光催化劑，由以下步驟制備得到:
[0009]I)將硝酸鉍溶于濃度5?7 %的硝酸(V/V)中，得溶液A備用；將偏釩酸銨溶于水中，得溶液B備用；
[0010]2)將溶液A、溶液B混合，并調(diào)節(jié)混合液pH值為5?7，得釩酸鉍納米粉體前驅(qū)液；
[0011]3)取釩酸鉍納米粉體前驅(qū)液在超聲功率150?225W、溫度60?75°C下超聲回流反應(yīng)2?6h，即得。
[0012]步驟I)中硝酸鉍與偏釩酸銨的物質(zhì)的量之比為(0.98?1.02): (0.98?1.02)，優(yōu)選為1:1。
[0013]步驟I)中硝酸鉍溶于硝酸可在室溫下進(jìn)行，硝酸鉍與硝酸的料液比為1: (20?40)g/mLo
[0014]步驟I)中優(yōu)選將偏釩酸銨溶于沸水中，以加速溶解。
[0015]步驟I)中偏釩酸銨與水的料液比為1: (75?90) g/mL。
[0016]步驟2)中優(yōu)選將溶液B加入溶液A中，采用滴加的方式，滴加速度為I?3mL/min，以避免溶液中局部離子溶度過高，使生成物團(tuán)聚，反應(yīng)不完全。
[0017]步驟2)中調(diào)節(jié)混合液pH值可選用堿性溶液，優(yōu)選為飽和碳酸氫鈉溶液。
[0018]步驟3)中超聲回流反應(yīng)完畢，可采用水和無水乙醇反復(fù)洗滌沉淀，再干燥得釩酸鉍可見光催化劑成品。干燥優(yōu)選真空干燥，溫度為50?80°C。
[0019]釩酸鉍可見光催化劑的制備方法，包括以下步驟:
[0020]I)將硝酸鉍溶于濃度5?7 %的硝酸(V/V)中，得溶液A備用；將偏釩酸銨溶于水中，得溶液B備用；
[0021 ] 2)將溶液A、溶液B混合，并調(diào)節(jié)混合液pH值為5?7，得釩酸鉍納米粉體前驅(qū)液；
[0022]3)取釩酸鉍納米粉體前驅(qū)液在超聲功率150?225W、溫度60?75°C下超聲回流反應(yīng)2?6h，即得。
[0023]步驟I)中硝酸鉍與偏釩酸銨的物質(zhì)的量之比為(0.98?1.02): (0.98?1.02)，優(yōu)選為1:1。
[0024]步驟I)中硝酸鉍溶于硝酸可在室溫下進(jìn)行，硝酸鉍與硝酸的料液比為1: (20?40)g/mLo
[0025]步驟I)中優(yōu)選將偏釩酸銨溶于沸水中，以加速溶解。
[0026]步驟I)中偏釩酸銨與水的料液比為1: (75?90) g/mL。
[0027]步驟2)中優(yōu)選將溶液B加入溶液A中，采用滴加的方式，滴加速度為I?3mL/min，以避免溶液中局部離子溶度過高，使生成物團(tuán)聚，反應(yīng)不完全。
[0028]步驟2)中調(diào)節(jié)混合液pH值可選用堿性溶液，優(yōu)選為飽和碳酸氫鈉溶液。
[0029]步驟3)中超聲回流反應(yīng)完畢，可采用水和無水乙醇反復(fù)洗滌沉淀，再干燥得釩酸鉍可見光催化劑成品。干燥優(yōu)選真空干燥，溫度為50?80°C。
[0030]釩酸鉍可見光催化劑的應(yīng)用，具體為釩酸鉍可見光催化劑在污水治理方面的應(yīng)用，如在可見光或太陽光輻射下，降解如污水中有機(jī)污染物(如亞甲基藍(lán))方面的應(yīng)用，或者在制備降解如污水中有機(jī)污染物的制劑方面的應(yīng)用。
[0031]本發(fā)明的有益效果:
[0032]本發(fā)明采用超聲輔助回流法制備釩酸鉍可見光催化劑，其為片狀材料，具有良好的可見光催化活性，可用于污水中有機(jī)污染物的光催化降解。
[0033]本發(fā)明中釩酸鉍可見光催化劑的制備工藝簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，反應(yīng)條件溫，反應(yīng)時(shí)間短，對(duì)設(shè)備及反應(yīng)條件無過高要求，所用試劑、儀器均廉價(jià)易得。
【附圖說明】
[0034]圖1為試驗(yàn)例中釩酸鉍的X射線衍射圖；
[0035]圖2為釩酸鉍的透射電鏡圖；
[0036]圖3為釩酸鉍的紫外-可見漫反射圖；
[0037]圖4為釩酸鉍催化降解亞甲基藍(lán)的活性圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]下述實(shí)施例僅對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制。
[0039]實(shí)施例1
[0040]本實(shí)施例中的釩酸鉍可見光催化劑，由以下步驟制備得到:
[0041 ] I)室溫下，將0.970g五水硝酸鉍溶于30mL濃度7 %的硝酸(V/V)中，得溶液A備用；將0.234g偏釩酸銨溶于20mL沸水中，得溶液B備用；
[0042]2)將溶液B滴加到溶液A中，控制滴加速度為lmL/min，攪拌均勻，滴加飽和碳酸氫鈉溶液調(diào)節(jié)混合液的PH值為7，得到釩酸鉍納米粉體前驅(qū)液；
[0043]3)將釩酸鉍納米粉體前驅(qū)液置于燒瓶中，在超聲功率225W、溫度75°C水浴條件下超聲回流反應(yīng)3h，反應(yīng)結(jié)束后所得沉淀用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌，再置于60°C下真空干燥4h，即得。
[0044]實(shí)施例2
[0045]本實(shí)施例中的釩酸鉍可見光催化劑，由以下步驟制備得到:
[0046]I)室溫下，將0.970g五水硝酸鉍溶于30mL濃度7 %的硝酸(V/V)中，得溶液A備用；將0.234g偏釩酸銨溶于20mL沸水中，得溶液B備用；
[0047]2)將溶液B滴加到溶液A中，控制滴加速度為2mL/min，攪拌均勻，滴加飽和碳酸氫鈉溶液調(diào)節(jié)混合液的PH值為6，得到釩酸鉍納米粉體前驅(qū)液；
[0048]3)將釩酸鉍納米粉體前驅(qū)液置于燒瓶中，在超聲功率175W、溫度75°C水浴條件下超聲回流反應(yīng)2h，反應(yīng)結(jié)束后所得沉淀用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌，再置于50°C