專利名稱：：一種可見光催化劑BiVO₄及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于光催化劑材料領(lǐng)域，具體涉及一種新型三維連通孔道結(jié)構(gòu)可見光催化劑BiV04的制備方法，所得到的催化劑可用于降解環(huán)境中的有害物質(zhì)。
背景技術(shù)：
：近些年來(lái)，環(huán)境污染和能源危機(jī)給人類生存帶來(lái)的挑戰(zhàn)日益嚴(yán)重，光催化技術(shù)作為一種高級(jí)氧化過(guò)程技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并獲得了顯著的發(fā)展。二氧化鈦(TiO》由于其穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)、優(yōu)越的催化活性、無(wú)毒、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，成為研究最為廣泛的光催化劑。但是，因?yàn)檩^寬的禁帶寬度(3.2ev)的限制，Ti(^只能利用小于388nm的紫外光，而對(duì)占太陽(yáng)光能量45%的可見光的利用極少。因此，開發(fā)高效利用可見光的可見光響應(yīng)光催化劑具有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和實(shí)用前景。在可見光激發(fā)光催化劑中，鉍系復(fù)合氧化物由于獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)，成為可見光催化劑材料中的研究熱點(diǎn)。釩酸鉍(BiV04)作為一種代表性的光催化劑，具有單斜相的BiV04比四方相BiV04表現(xiàn)出更高的光催化活性。傳統(tǒng)的固相反應(yīng)法制備的釩酸鉍由于顆粒粗大、比表面積小，其光催化性能較差，而目前應(yīng)用較多的水熱法多采用添加模板劑和表面活性劑的方式調(diào)整材料的形貌結(jié)構(gòu)，操作復(fù)雜、價(jià)格昂貴。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種制備三維連通孔道結(jié)構(gòu)可見光催化劑BiV04及其制備方法，可見光催化劑BiV04具有三維連通孔道結(jié)構(gòu)、顆粒較小，并具有較大的比表面積；制備方法工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，且能耗低。本發(fā)明提供的一種可見光催化劑BiV04，其特征在于，該可見光催化劑BiV04為粉體，晶相為單斜晶系白鎢礦結(jié)構(gòu)，其形貌為三維連通孔道結(jié)構(gòu)。上述可見光催化劑BiV04制備方法包括下述步驟(1)按照鉍鹽中Bi離子與釩鹽中的V離子的摩爾比為1:0.51:2溶解在乙二醇中，超聲、攪拌，制備成Bi離子濃度為0.050.5mo1L—1的澄清溶液；(2)將所制備的澄清溶液轉(zhuǎn)移到恒溫水浴箱中，設(shè)定保溫溫度為509(TC，保溫時(shí)間為210天；(3)所得到的沉淀用蒸餾水離心洗滌，再用酒精離心洗滌，烘干蒸發(fā)掉殘留的酒精，得到粉體；(4)將得到的粉體在35060(TC下煅燒13h后，得到可見光催化劑BiV04。本發(fā)明制備所得到的催化劑以粉體形式存在，晶相為單斜晶系白鎢礦結(jié)構(gòu)，其形貌為三維連通孔道結(jié)構(gòu)。具體而言，本發(fā)明的特點(diǎn)是(1)采用水浴加熱法(即恒溫水浴箱)制備可見光催化劑BiV04粉體，工藝簡(jiǎn)單、能耗低。(2)不使用表面活性劑，降低了材料的合成成本。(3)催化劑粉體具有三維連通孔道結(jié)構(gòu)，形貌新穎，并且顆粒小，具有較大的比表面積。(4)對(duì)工業(yè)染料羅丹明B(RhB)的降解比傳統(tǒng)固相法制備的材料的降解率有了大幅度提高。圖1是水浴加熱制備的三維連通孔結(jié)構(gòu)BiV04的XRD圖譜；圖2是水浴加熱制備的三維連通孔結(jié)構(gòu)BiV04的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡圖；圖3是水浴加熱制備的三維連通孔結(jié)構(gòu)BiV04的透射電鏡圖；圖4是水浴加熱制備的三維連通孔結(jié)構(gòu)BiV04的孔徑分布曲線；圖5是制備的樣品在可見光照射下，RhB的濃度隨時(shí)間的變化曲線。具體實(shí)施例方式為了更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容。實(shí)例12.4255g五水硝酸鉍(Bi(N03)35H20)溶解于100ml乙二醇(EG)制備成Bi離子濃度為0.05mol*L—1的溶液后，按照Bi:V=1:1加入0.5849g偏釩酸銨(NH4V03)，超聲振蕩20min，并充分?jǐn)嚢枋蛊渫耆芙?。待溶液澄清透明后，轉(zhuǎn)移到恒溫水浴箱中于6(TC下保溫7天獲得絮狀沉淀物。將EG清液去除，加蒸餾水洗滌、離心，如此反復(fù)5次后，用酒精洗滌、離心2次，將獲得的沉淀物在烘箱中烘干。將干燥物于40(TC下煅燒2.5h，獲得三維連通孔道結(jié)構(gòu)可見光催化劑BiV(V經(jīng)過(guò)XRD分析(圖l)，材料的主相為單斜晶系白鎢礦結(jié)構(gòu)的釩酸鉍，對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)卡片JCPDfileNo.01-075-1866。場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡和透射電鏡結(jié)果，直觀的展示了三維連通孔(圖2)，以及介孔(圖3)的存在，并且顆粒粒徑在5080nm，介孔為4050nm?？讖椒植记€(圖4)證實(shí)了一種大孔/介孔分級(jí)結(jié)構(gòu)的存在。光催化活性以降解羅丹明水溶液(RhB)為評(píng)價(jià)模型。350W氙燈作為光源，加420nm的濾光片，過(guò)濾波長(zhǎng)小于420nm的光波；催化劑用量50mg，加入到5mg*L—1的RhB溶液100ml中，于黑暗條件下攪拌lh后，持續(xù)光照4h，并且每lh取樣品點(diǎn)，離心后取清液用紫外_可見分光光度計(jì)測(cè)試RhB的濃度變化，其降解效果如圖5所示，傳統(tǒng)的固相燒結(jié)法制備的樣品作為參比。實(shí)例25.7916g五水醋酸鉍(Bi(CH3COO)3*5H20)溶解于150ml乙二醇(EG)形成Bi離子濃度為0.lmol*L—1溶液后，按照Bi:V=1:1.5，加入2.6320g偏釩酸銨(NH4V03)，超聲振蕩20min，并充分?jǐn)嚢枋蛊淙芙?。待溶液澄清透明后，轉(zhuǎn)移到恒溫水浴箱中于9(TC下保溫2天獲得絮狀沉淀物。將EG清液去除，加蒸餾水洗滌、離心，如此反復(fù)5次后，用酒精洗滌、離心2次，將獲得的沉淀物在烘箱中烘干。將干燥物于35(TC下煅燒3h，獲得三維連通孔道結(jié)構(gòu)可見光催化劑BiV(V實(shí)例33.1534g氯化鉍(BiCl3)溶解于200ml乙二醇(EG)形成Bi離子濃度為0.5mol.L一1溶液后，按照Bi:V=1:2，加入3.6782g釩酸鈉(Na3V04)，超聲振蕩20min，并充分?jǐn)嚢枋蛊淙芙?。待溶液澄清透明后，轉(zhuǎn)移到恒溫水浴箱中于8(TC下保溫4天獲得絮狀沉淀物。將EG清液去除，加蒸餾水洗滌、離心，如此反復(fù)5次后，用酒精洗滌、離心2次，將獲得的沉淀物在烘箱中烘干。將干燥物于50(TC下煅燒1.5h，獲得三維連通孔道結(jié)構(gòu)可見光催化劑BiV04。實(shí)例47.8835g氯化鉍(BiCl3)溶解于100ml乙二醇(EG)形成Bi離子濃度為0.25molL-1溶液后，按照Bi:V=1:0.5，加入1.4623g偏釩酸銨(NH4V03)，超聲振蕩20min，并充分?jǐn)嚢枋蛊淙芙?。待溶液澄清透明后，轉(zhuǎn)移到恒溫水浴箱中于5(TC下保溫10天獲得絮狀沉淀物。將EG清液去除，加蒸餾水洗滌、離心，如此反復(fù)5次后，用酒精洗滌、離心2次，將獲得的沉淀物在烘箱中烘干。將干燥物于60(TC下煅燒lh，獲得三維連通孔道結(jié)構(gòu)可見光催化劑BiV(V實(shí)例5-18采用表1中各組分及其配比，按照實(shí)例1至4所述的制備過(guò)程同樣可以得到所需的可見光催化劑BiV(V表1<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>以上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實(shí)施例和附圖所公開的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。權(quán)利要求一種可見光催化劑BiVO4，其特征在于，該可見光催化劑BiVO4為粉體，晶相為單斜晶系白鎢礦結(jié)構(gòu)，其形貌為三維連通孔道結(jié)構(gòu)。2.—種可見光催化劑BiV04的制備方法，其特征在于，其步驟包括(1)按照鉍鹽中Bi離子與釩鹽中的v離子的摩爾比為i:o.5i:2溶解在乙二醇中，超聲、攪拌，制備成Bi離子濃度為0.050.5molL—1的澄清溶液；(2)將所制備的澄清溶液轉(zhuǎn)移到恒溫水浴箱中，設(shè)定保溫溫度為509(TC，保溫時(shí)間為2IO天；(3)所得到的沉淀用蒸餾水離心洗滌，再用酒精離心洗滌，烘干蒸發(fā)掉殘留的酒精，得到粉體；(4)將得到的粉體在35060(TC下煅燒13h后，得到可見光催化劑BiV04。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可見光催化劑BiV04制備方法，其特征在于，步驟(1)中，鉍鹽為含Bi的硝酸鹽、醋酸鹽或氯鹽，釩鹽為含V的釩酸鹽。全文摘要本發(fā)明公開了一種可見光催化劑BiVO4及其制備方法。BiVO4為粉體，晶相為單斜晶系白鎢礦結(jié)構(gòu)，其形貌為三維連通孔道結(jié)構(gòu)。制備方法采用乙二醇作為溶劑，鉍鹽和釩鹽分別作為制備三維連通孔道結(jié)構(gòu)BiVO4的Bi源和V源。將鉍鹽和釩鹽按照Bi/V＝1∶0.5～1∶2的配比溶解到乙二醇中制成Bi離子濃度為0.05～0.5mol·L-1的溶液。形成均勻的澄清溶液后，轉(zhuǎn)移到50～90℃的恒溫水浴箱中保溫2～10天。在獲得絮狀沉淀后，離心、洗滌、干燥，最后在空氣環(huán)境中對(duì)所得的粉體在350～600℃下煅燒1～3h即可。本發(fā)明不采用任何表面活性劑，在簡(jiǎn)單的水浴箱中保溫以及后期低溫?zé)崽幚砑吹玫浇Y(jié)構(gòu)新穎、比表面積很大的催化劑。該催化劑顆粒較小，具有較高的光催化活性，可以用于可見光催化降解有機(jī)污染物。文檔編號(hào)B01J23/22GK101791548SQ20101015223公開日2010年8月4日申請(qǐng)日期2010年4月22日優(yōu)先權(quán)日2010年4月22日發(fā)明者劉宏偉,曾大文,謝長(zhǎng)生申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)