專利名稱：一種鎘摻雜鉬酸鉍可見光催化劑及其制備方法和應用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料制備及環(huán)境污染治理的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鎘摻雜鑰酸鉍可見光催化劑及其制備方法和應用。
背景技術(shù)：
隨著印染業(yè)的發(fā)展，染料及染料溶劑等有機污染物已成為一類主要的環(huán)境污染物。傳統(tǒng)的染料污水處理方法只是采用物理方法將有機物轉(zhuǎn)移，而染料分子本身并沒有分解，因此這些降解方式并不能實現(xiàn)真正意義上的去除；或用生化法，但生化法對污水的可生化性指標要求較高，對毒性大、難生物降解、成分復雜的有機污染廢水，生化法就顯得無能為力。因此，探索更為先進而有效的廢水處理工藝迫在眉睫。光催化技術(shù)是一種高級氧化技術(shù)，其原理是光催化劑如二氧化鈦(TiO2)在紫外光的作用下，產(chǎn)生空穴和電子，并進一步通過化學作用產(chǎn)生具有高活性的各種自由基等一些高活性基團，參與氧化還原反應降解污染物。這種技術(shù)對有機物具有很強的礦化能力，從而使有毒的有機物完全礦化成無機物或轉(zhuǎn)化為無污染的產(chǎn)物。目前，TiO2光催化技術(shù)在環(huán)境保護中的應用已有相關(guān)報道。然而，普遍使用的TiO2基光催化劑存在量子效率低和太陽能利用率低的弊端。針對這些問題，研究者們對TiO2進行了大量的改性研究包括各種金屬和非金屬元素摻雜、貴金屬表面沉積、半導體復合、染料敏化等，取得了一定的進展，但是仍未從根本上解決量子效率和太陽能利用率這兩個重大問題，因而促使研究者們進一步將視線轉(zhuǎn)向非TiO2系列的化合物，嘗試開發(fā)新型高效的光催化劑和拓寬光催化劑的響應范圍。我們在前期工作中報道了可見光照射下，鑰酸鉍能夠降解水中的染料有機物，但是鑰酸鉍導帶電勢不足，而且光生電 子和空穴容易復合，造成鑰酸鉍的光催化性能較低，近年來，金屬離子摻雜引起了人們的廣泛關(guān)注。金屬摻雜不僅能夠影響催化劑的結(jié)晶度而減小光生載流子的復合率，并且少量的金屬摻雜能夠使其成為光生電子或空穴的淺勢捕獲阱，延長光生電子和空穴的復合時間，從而達到提高光催化劑光催化活性的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鎘摻雜鑰酸鉍可見光催化劑及其制備方法和應用。本發(fā)明制備的光催化劑能夠?qū)梢姽忭憫?，能夠?qū)崿F(xiàn)高效降解廢水中的染料有機污染物，并且所采用的微波方法具有高效，便捷的特點，能夠快速地合成該種催化劑。本發(fā)明制備方法簡單，成本低，產(chǎn)率高，符合實際生產(chǎn)需要，有較大的應用潛力。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
采用微波-溶劑熱方法將Cd引入鑰酸鉍晶格中，合成金屬離子摻雜的可見光催化劑。所述的可見光催化劑中Cd的摻雜濃度為2.5-10wt.%。制備如上所述的鎘摻雜鑰酸鉍可見光催化劑的方法:稱取Bi (NO3)3.5H20和(NH4)6Mo7O24.4Η20于反應釜中，加入25 ml乙二醇，然后稱取CdCl2.2.5H20于反應釜內(nèi)，將反應釜置于磁力攪拌器上攪拌30 min-3 h后，邊攪拌邊用質(zhì)量分數(shù)為5%的氨水調(diào)節(jié)pH為9，繼續(xù)攪拌30 min后，將反應釜放于陶瓷外襯中并置于功率為1000 W的微波反應器中，于120°C-220°C反應0.5 h_4 h，待反應完成，冷卻至室溫后，將反應釜中的混合物取出離心分離，得到淡黃色沉淀，用蒸餾水和無水乙醇洗滌數(shù)次后，于60°C烘干后研磨即得鎘摻雜鑰酸鉍可見光催化劑。該催化劑用于液相降解染料有機污染物。本發(fā)明的顯著優(yōu)點在于:
(I)本發(fā)明首次將鎘摻雜進入鑰酸鉍的晶格中，有效的分離了光生電子和空穴，是一種新型可見光響應的催化劑。(2)本發(fā)明的制備方法為微波-溶劑熱法，整個工藝過程簡單易控制，能耗低，產(chǎn)率高，成本低，符合實際生產(chǎn)需要，有利于大規(guī)模的推廣。(3)鎘摻雜的鑰酸鉍可見光催化劑能高效地降解羅丹明B等有機污染物，同時具有良好的活性穩(wěn)定性。在光催化反應體系中可以方便地進行分離處理，光催化劑可再生能力強，重復利用率高，具有很高的實用價值和應用前景。


圖1為實施例3所得的鎘摻雜鑰酸鉍可見光催化劑的粉末XRD圖。圖2為實施例3所得的鎘摻雜鑰酸鉍可見光催化劑的粉末TEM圖。圖3為實施例3所得的鎘摻雜鑰酸鉍 可見光催化劑降解羅丹明B的效果圖。
具體實施例方式以下是本發(fā)明的幾個實施例，進一步說明本發(fā)明，但是本發(fā)明不僅限于此。實施例1
將 3.1813 g Bi(NO3)3.5Η20 和 0.5790 g (NH4)6Mo7O24.4Η20 加入到聚四氟乙烯的反應釜中，加入25 ml乙二醇溶劑，將反應釜置于磁力攪拌器上攪拌30 min后，邊攪拌邊用質(zhì)量分數(shù)約為5%的氨水調(diào)節(jié)pH約為9，繼續(xù)攪拌30 min后，將反應釜放于陶瓷外襯中并置于功率為1000 W的微波反應器中，在160°C反應1.5 h，待反應完成冷卻至室溫后，將反應釜中的混合物取出離心分離，得到的淡黃色沉淀用蒸餾水和無水乙醇洗滌數(shù)次后，于60°C烘干后研磨即得鑰酸鉍可見光催化劑。實施例2
將 3.1018 g Bi(NO3)3.5Η20 和 0.5790 g (NH4)6Mo7O24.4Η20 加入到聚四氟乙烯的反應釜中，加入25 ml乙二醇溶劑，然后向反應釜中加入0.0374 g CdCl2.2.5H20，將反應釜置于磁力攪拌器上攪拌30 min后，邊攪拌邊用質(zhì)量分數(shù)約為5%的氨水調(diào)節(jié)pH約為9，繼續(xù)攪拌30 min后，將反應釜放于陶瓷外襯中并置于功率為1000 W的微波反應器中，在160°C反應1.5 h，待反應完成冷卻至室溫后，將反應釜中的混合物取出離心分離，得到的淡黃色沉淀用蒸餾水和無水乙醇洗滌數(shù)次后，于60°C烘干后研磨即得2.5%Cd摻雜的鑰酸鉍可見光催化劑。實施例3
將 3.0222 g Bi(NO3)3.5Η20 和 0.5790 g (NH4)6Mo7O24.4Η20 加入到聚四氟乙烯的反應釜中，加入25 ml乙二醇溶劑，然后向反應釜中加入0.0749 g CdCl2.2.5H20，將反應釜置于磁力攪拌器上攪拌30 min后，邊攪拌邊用質(zhì)量分數(shù)約為5%的氨水調(diào)節(jié)pH約為9，繼續(xù)攪拌30 min后，將反應釜放于陶瓷外襯中并置于功率為1000 W的微波反應器中，在160°C反應1.5 h，待反應完成冷卻至室溫后，將反應釜中的混合物取出離心分離，得到的淡黃色沉淀用蒸餾水和無水乙醇洗滌數(shù)次后，于60°C烘干后研磨即得5%Cd摻雜的鑰酸鉍可見光催化劑。實施例4
將 2.9427 g Bi(NO3)3.5Η20 和 0.5790 g (NH4)6Mo7O24.4Η20 加入到聚四氟乙烯的反應釜中，加入25 ml乙二醇溶劑，然后向反應釜中加入0.1123 g CdCl2.2.5H20，將反應釜置于磁力攪拌器上攪拌30 min后，邊攪拌邊用質(zhì)量分數(shù)約為5%的氨水調(diào)節(jié)pH約為9，繼續(xù)攪拌30 min后，將反應釜放于陶瓷外襯中并置于功率為1000 W的微波反應器中，在160°C反應1.5 h，待反應完成冷卻至室溫后，將反應釜中的混合物取出離心分離，得到的淡黃色沉淀用蒸餾水和無水乙醇洗滌數(shù)次后，于60°C烘干后研磨即得7.5%Cd摻雜的鑰酸鉍可見光催化劑。實施例5
將 2.8632 g Bi(NO 3)3.5Η20 和 0.5790 g (NH4)6Mo7O24.4Η20 加入到聚四氟乙烯的反應釜中，向反應釜中加入25 ml乙二醇溶劑，然后加入0.1498 g CdCl2.2.5H20，將反應釜置于磁力攪拌器上攪拌30 min后，邊攪拌邊用質(zhì)量分數(shù)約為5%的氨水調(diào)節(jié)pH約為9，繼續(xù)攪拌30 min后，將反應釜放于陶瓷外襯中并置于功率為1000 W的微波反應器中，在160°C反應1.5 h，待反應完成冷卻至室溫后，將反應釜中的混合物取出離心分離，得到的淡黃色沉淀用蒸餾水和無水乙醇洗滌數(shù)次后，于60°C烘干后研磨即得10%Cd摻雜的鑰酸鉍可見光催化劑。性能測試
圖1為實施例3所得的鎘摻雜鑰酸鉍可見光催化劑的粉末XRD圖。從圖中可以發(fā)現(xiàn)所制備的催化劑為正交晶相的鑰酸鉍，Cd離子的引入未改變鑰酸鉍的晶相。圖2為實施例3所得的鎘摻雜鑰酸鉍可見光催化劑的粉末TEM圖。從圖中可以發(fā)現(xiàn)制備的Cd摻雜的鑰酸鉍呈帶狀結(jié)構(gòu)。圖3為實施例3所得的鎘摻雜鑰酸鉍可見光催化劑降解羅丹明B的效果圖。鎘摻雜鑰酸鉍可見光催化劑測試，通過在鹵鎢燈照射下降解羅丹明B進行表征?？梢姽獯呋磻窃谧灾频拈g歇式反應裝置中進行的，光催化反應的光源為置于雙層玻璃夾套(夾套中通冷凝水)中的300 W鹵鎢燈，經(jīng)兩層濾光片過濾，以保證入射光為可見光(420 nm <λ< 800 nm)，玻璃反應瓶的有效容積為80 mL。通過磁力攪拌來維持溶液中光催化劑的懸浮狀態(tài)。具體的操作過程為:先往反應器內(nèi)放入80 mg的光催化劑，然后向反應器中倒入一定體積和濃度的模擬污染物溶液，避光磁力攪拌，使降解底物在催化劑的表面建立吸附一脫附平衡。然后開啟水和光源進行光催化反應，每隔一定時間移取3.0 mL反應液，經(jīng)離心分離后，取上層清液進行紫外一可見光譜分析。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種鎘摻雜鑰酸鉍可見光催化劑，其特征在于:采用微波-溶劑熱方法將Cd引入鑰酸鉍晶格中，合成金屬離子摻雜的可見光催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎘摻雜鑰酸鉍可見光催化劑，其特征在于:所述的可見光催化劑中Cd的摻雜濃度為2.5-10wt.%。
3.一種制備如權(quán)利要求1所述的鎘摻雜鑰酸鉍可見光催化劑的方法，其特征在于:稱取Bi (NO3) 3.5H20和(NH4) 6Μο7024.4H20于反應釜中，加入25 ml乙二醇，然后稱取CdCl2.2.5Η20于反應釜內(nèi)，將反應釜置于磁力攪拌器上攪拌30 min-3 h后，邊攪拌邊用質(zhì)量分數(shù)為5%的氨水調(diào)節(jié)pH為9，繼續(xù)攪拌30 min后，將反應釜放于陶瓷外襯中并置于功率為1000 W的微波反應器中，于120°C _220°C反應0.5 h_4 h，待反應完成，冷卻至室溫后，將反應釜中的混合物取出離心分離，得到淡黃色沉淀，用蒸餾水和無水乙醇洗滌數(shù)次后，于60°C烘干后研磨即得鎘摻雜鑰酸鉍可見光催化劑。
4.一種如權(quán)利要求1所述的鎘摻雜鑰酸鉍可見光催化劑的應用，其特征在于:該催化劑用于液相降解 染料有機污染物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鎘摻雜鉬酸鉍可見光催化劑及其制備方法和應用，屬于材料制備及環(huán)境污染治理的技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用微波-溶劑熱方法將Cd引入鉬酸鉍晶格中，合成金屬離子摻雜的可見光催化劑。該光催化劑能夠?qū)梢姽忭憫?，實現(xiàn)高效降解廢水中的染料有機污染物，并且所采用的微波方法具有高效，便捷的特點，能夠快速地合成該種催化劑。本發(fā)明制備方法簡單，成本低，產(chǎn)率高，符合實際生產(chǎn)需要，有較大的應用潛力。
文檔編號B01J23/31GK103212405SQ20131015099
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月23日
發(fā)明者畢進紅, 陳夢瑩, 李瀝, 梁詩景, 劉明華 申請人:福州大學