一種納米片狀鈰摻雜鉬酸鉍催化劑及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光催化材料制備的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米片狀鈰摻雜鉬酸鉍催化劑及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]水的消毒對人類的健康而言是十分重要的，據(jù)統(tǒng)計，每年都有數(shù)以萬計的死亡以及百萬計的疾病病例都是由被微生物所污染的水所直接導(dǎo)致的。對于水體的消毒，傳統(tǒng)的消毒方法存在諸多弊端，例如用氯化物或是臭氧的消毒方法會導(dǎo)致副產(chǎn)物的生成，這是由于氯或者臭氧在消毒的過程中會跟水體中的有機(jī)化合物生成一些有機(jī)配體，而這些有機(jī)配體都具有一定的毒性，有的甚至對人體危害很大；紫外線消毒由于不用引入氯或者臭氧等物質(zhì)，所以不會存在這些毒性副產(chǎn)物的問題，但是紫外光自身對人體的危害很大，加之這種消毒方式的能耗較大，消毒的同時也會給能源帶來較大負(fù)擔(dān)。近年來，光催化反應(yīng)的研究不斷深入并具備前所未有的優(yōu)勢，以太陽光為能量供給解決了能耗問題，同時催化反應(yīng)可以同時進(jìn)行菌類的殺除和有機(jī)物的降解，可謂一舉兩得。
[0003]有機(jī)染料作為水體污染中的另一種非常普遍而嚴(yán)重的污染形式，具有高毒性、強(qiáng)致癌性和致突變性等危害，加之其不易直接降解和轉(zhuǎn)化以及在生活中的廣泛存在性，有機(jī)染料將對人類及其生存環(huán)境產(chǎn)生不可估量的嚴(yán)重后果。傳統(tǒng)的生物方法、物理方法等由于應(yīng)用條件苛刻和無法根本去除有機(jī)污染源等特點(diǎn)而受到限制。光催化技術(shù)同樣為有機(jī)污染問題的解決提供了一種新的途徑。傳統(tǒng)的Ti02、ZnO等催化劑僅可在紫外光范圍內(nèi)起到催化作用，而紫外光在太陽光中的比例僅占不到10%，這使得光催化技術(shù)難以在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮作用。因此，開發(fā)出在可見光范圍內(nèi)有響應(yīng)的光催化劑，使其可以應(yīng)用在水體細(xì)菌的殺滅和有機(jī)污染源的降解上，具有十分重要的研究意義和價值。
[0004]在眾多已報道的可見光光催化材料中，鉬酸鉍因其獨(dú)特的奧里維里斯族晶體結(jié)構(gòu)(鉍氧層和鉬氧層相間堆積)表現(xiàn)出良好的可見光響應(yīng)性能，且具有優(yōu)異的電子傳輸性能，在光催化領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。目前，鉬酸鉍的研究主要集中在形貌調(diào)控、表面修飾、貴金屬負(fù)載、摻雜改性等，以期望能在光催化性能方面有所提高。AnukornPhuruangrat在研究中報道了一種鋪摻雜型鉬酸祕納米材料的合成方法(Journal ofNanomaterials, 2014，2014，934165)，但是該篇文章報道的鈰摻雜鉬酸鉍材料的納米片較厚、均一性較差，且合成過程中需要對反應(yīng)液pH進(jìn)行調(diào)節(jié)，步驟繁瑣且容易造成酸堿污染。對于鈰摻雜的鉬酸鉍片狀納米材料而言，其光催化活性與片的厚度及均一性有著密切關(guān)系，因此研制一種合成均一納米片狀的鈰摻雜鉬酸鉍納米材料的簡單方法亟需解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種納米片狀鈰摻雜鉬酸鉍催化劑及其制備方法和應(yīng)用，所述的鈰摻雜鉬酸鉍催化劑形貌均一，呈薄片狀，在可見光照射下表現(xiàn)出極高的光催化性能和殺菌性能，且涉及的制備方法簡單，產(chǎn)率高，成本低，生產(chǎn)過程綠色環(huán)保，穩(wěn)定性高，適合推廣應(yīng)用。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0007]—種納米片狀鈰摻雜鉬酸鉍催化劑的方法，其特征在于，該方法包括以下兩個步驟:
[0008]1)在水中加入五水硝酸鉍和二水鉬酸鈉，在攪拌條件下加入六水硝酸鈰，繼續(xù)攪拌至混合混勻，得反應(yīng)溶液；
[0009]2)將所得反應(yīng)溶液置于高壓反應(yīng)釜中，進(jìn)行水熱反應(yīng)，所得沉淀進(jìn)行離心洗滌、干燥冷卻，即得所述的納米片狀鈰摻雜鉬酸鉍催化劑。
[0010]上述方案中，所述五水硝酸鉍、二水鉬酸鈉和六水硝酸鈰的摩爾比為1:0.5: (0.16 ?2)。
[0011]上述方案中，所述水熱反應(yīng)條件為:在160?180°C溫度下反應(yīng)20?24h。
[0012]本發(fā)明采用一步水熱法，鉬酸鉍晶體在酸性反應(yīng)液中成核并生長(pH值為2左右)，可有效控制所得納米片的厚度，使得所生成的晶體形貌呈較薄的納米薄片狀，同時成功地將鈰摻入到鉬酸鉍的晶格中。該方法制備工藝簡單，產(chǎn)率高，成本低，生產(chǎn)過程綠色環(huán)保，穩(wěn)定性高，符合實(shí)際生產(chǎn)需要，有較大的應(yīng)用潛力。
[0013]根據(jù)上述方案制備的納米片狀鈰摻雜鉬酸鉍催化劑，其形貌呈均一的薄片狀，平均厚度為20?30nm。
[0014]根據(jù)上述方案制備的納米片狀鈰摻雜鉬酸鉍催化劑在可見光催化去除水體污染物領(lǐng)域中的應(yīng)用，具體為應(yīng)用于光催化降解羅丹明B和亞甲基藍(lán)，以及光致殺除黃色葡萄球菌。
[0015]本發(fā)明制備的納米片狀鈰摻雜鉬酸鉍催化劑由于其較薄的片狀結(jié)構(gòu)和鈰離子的引入，促進(jìn)了光子的吸收，實(shí)現(xiàn)了光生載流子的高效分離，從而在可見光照射下表現(xiàn)出極高的光催化性能。
[0016]本發(fā)明的有益效果為:
[0017]1)本發(fā)明以簡單的一步水熱法制備出片狀鈰摻雜鉬酸鉍催化劑，制得的片狀鈰摻雜鉬酸鉍催化劑具有均一的薄片狀形貌，平均厚度為20?30nm。
[0018]2)本發(fā)明涉及的制備工藝簡單，產(chǎn)量高，成本低，生產(chǎn)過程中不需要對反應(yīng)液pH條件進(jìn)行調(diào)控，減少酸堿的使用，綠色環(huán)保，所得產(chǎn)物穩(wěn)定性高，符合實(shí)際生產(chǎn)需要，有較大的應(yīng)用潛力。
[0019]3)本發(fā)明制備的鈰摻雜鉬酸鉍由于其較薄的片狀結(jié)構(gòu)和鈰離子的引入，在染料廢水的降解和水體細(xì)菌的殺除方面均表現(xiàn)出較高的催化活性，應(yīng)用前景廣闊。
【附圖說明】
[0020]圖1為實(shí)施例1所得納米片狀鈰摻雜鉬酸鉍的X射線衍射分析(XRD)圖譜。
[0021 ]圖2為實(shí)施例1所得納米片狀鈰摻雜鉬酸鉍的X射線光電子能譜(XPS)圖。
[0022]圖3為實(shí)施例1所得納米片狀鈰摻雜鉬酸鉍的掃描電子顯微鏡(SEM)圖譜。
[0023]圖4為實(shí)施例1所得納米片狀鈰摻雜鉬酸鉍和純相鉬酸鉍的可見光光催化降解(a)亞甲基藍(lán)和(b)羅丹明B的性能對比圖。
[0024]圖5為實(shí)施例1所得納米片狀鈰摻雜鉬酸鉍和純相鉬酸鉍的可見光光催化殺滅金黃色葡萄球菌的性能對比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
[0026]以下實(shí)施例如無具體說明，采用的試劑市售化學(xué)試劑或工業(yè)產(chǎn)品。
[0027]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
[0028]以下實(shí)施例如無具體說明，采用的試劑市售化學(xué)試劑或工業(yè)產(chǎn)品。
[0029]實(shí)施例1
[0030]一種納米片狀鈰摻雜鉬酸鉍催化劑，其制備方法包括如下步驟:
[0031]1)在水中加入lmmol五水硝酸祕和0.5mmol 二水鉬酸鈉，在攪拌條件下加入0.5mmol六水硝酸鋪，繼續(xù)攪拌2h至原料混合均勾，得反應(yīng)溶液；
[0032]2)將所得反應(yīng)溶液置于內(nèi)襯為聚四氟乙烯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，加熱至180°C反應(yīng)24h后，所得沉淀進(jìn)行離心洗滌去除殘留溶質(zhì)，干燥冷卻后即得最終產(chǎn)物。
[0033]將本實(shí)施例所得產(chǎn)物進(jìn)行X射線衍射分析，結(jié)果見圖1，圖中主峰與正交相的標(biāo)準(zhǔn)圖譜JCPDS 10-221—致，且沒有其它雜質(zhì)峰