CN101612560A - 复合氧化物光催化剂Bi4M2O11的制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合氧化物光催化剂Bi₄M₂O₁₁(其中M元素为Nb、Ta和V中的一种或两种)的制备方法及其应用。其制备方法是以Bi(NO₃)₃·5H₂O、V₂O₅、Nb₂O₅和Ta₂O₅为原料，用去离子水配成0.01－0.1mol/L的硝酸铋溶液，将V₂O₅、Nb₂O₅和Ta₂O₅中的一种或两种以固体粉末的形式加入到硝酸铋溶液中充分混合，得到悬浊液；将上述悬浊液移入衬有聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，按水热反应的填充度为70％－80％加入去离子水，盖紧釜盖后放入恒温干燥箱中，在160－200℃下保温12－24h；待冷却至室温后，取出反应后的产物，用去离子水、无水乙醇各离心洗涤1－5次后，置于60－80℃的恒温干燥箱中干燥2－10h。本发明获得的光催化剂的活性比传统固相法高，且稳定性好。

Description

复合氧化物光催化剂Bi4M2O11的制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及一种可见光响应的复合氧化物光催化剂Bi₄M₂O₁₁(其中M元素为Nb，Ta，V中的一种或两种)的制备方法及其应用。

背景技术

环境污染是世界各国十分关注的问题，已经导致了人们生活的饮用水源、工业水源质量不断下降，导致大气污染不断加剧，造成生态环境的不断破坏，对人类的生存构成严重威胁。为了解决这些问题，人们通过各种方法控制和治理环境污染。

光催化技术降解环境污染物有望能充分利用太阳能，而且其具有能耗低、反应条件温和、操作简便、可减少二次污染等突出优点，日益受到重视。光催化反应的原理是光催化剂在吸收了高于其带隙能量的光子后，生成了空穴和电子，这些空穴和电子分别进行氧化反应和还原反应，达到分解有害化学物质、有机生物质和杀菌的目的。目前，使用的光催化剂主要为二氧化钛，已经利用二氧化钛对水中和大气中的农药和恶臭物质等有机物进行分解，然而二氧化钛的带隙是3.2eV，只有在比400nm短的紫外线的照射下才能显现出活性，只能在室内或者有紫外灯的地方工作，几乎不能利用可见光，这大大的限制了二氧化钛光催化剂的使用。

因此，开发一种新型的可以再可见光下具有较高光催化活性的催化剂已成为光催化领域的一个热点问题。而最近几十年来，一系列铌(钽)酸盐光催化剂由于具有较高的光催化活性而被广泛研究。例如，铌酸盐光催化剂Pb₃Nb₄O₁₃、BiNbO₄和Bi₂MNbO₇(M＝Al、Ga，In，Y，稀土元素和Fe)等和铌钾复合氧化物光催化剂如KNbO₃、KNb₃O₈、K₄Nb₆O₁₇和K₆Nb_10.6O₃₀等都具有较好的光催化性能。目前，铋系光催化剂的开发和研究已经取得了一系列重大的成果，三价铋的复合物，如BiVO₄和Bi₂WO₄被报道在可见光下具有良好的吸收，而五价铋同样也引起了广泛的应用。

目前报道的铌(钽)酸盐光催化剂的制备主要是采用传统的固相合成法，通过在较高温度下长时间的烧结反应来获得预期产物，但因原料较难混合均匀，反应温度较高，反应不易完全进行，故制备出的粉体颗粒较大，而且分布不均与，常常混有杂相，这使得固相法合成的光催化剂的活性降低。水热合成法制备的粒子尺寸小，而且纯度高，晶粒发育好，所含的缺陷少，晶体结构比较接近理想晶体，其物理性能也比较接近于理论值，还可以通过调节水热反应条件来控制产物的形貌。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有可见光响应的复合氧化物光催化剂Bi₄M₂O₁₁(其中M元素为Nb，Ta，V中的一种或两种)的制备方法及其应用。

具有可见光响应的复合氧化物光催化剂Bi₄M₂O₁₁(其中M元素为Nb、Ta和V中的一种或两种)的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)按Bi₄M₂O₁₁化学式，其中M元素为Nb、Ta和V中的一种或两种，选取Bi(NO₃)₃·5H₂O、V₂O₅、Nb₂O₅和Ta₂O₅备用；用去离子水配成0.01-0.1mol/L的硝酸铋溶液，将V₂O₅、Nb₂O₅和Ta₂O₅中的一种或几种以固体粉末的形式加入到硝酸铋溶液中充分混合，得到悬浊液；

2)将上述悬浊液移入衬有聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，按水热反应的填充度为70％-80％加入去离子水，盖紧釜盖后放入恒温干燥箱中，在160-200℃下保温12-24h；

3)待冷却至室温后，取出反应后的产物，用去离子水、无水乙醇各离心洗涤1-5次后，置于60-80℃的恒温干燥箱中干燥2-10h，即可得到复合氧化物光催化剂Bi₄M₂O₁₁粉末。

上述方法制备的可见光响应的复合氧化物光催化剂Bi₄M₂O₁₁(其中M元素为Nb，Ta，V中的一种或两种)的应用，其特征在于它作为光催化剂应用。

本发明的制备方法具有合成温度低，操作简便的特点

具体实施方式

下面将对本发明进行具体说明：

本发明的光催化实验以酸性红作为模拟有机污染物，其浓度为20mg/L；铋系复合氧化物光催化剂的加入量为1g/L；光源使用300W的氙灯，反应槽使用硼硅酸玻璃制成的器皿，通过滤波器得到波长大于420nm长波长的光，然后照射光催化剂；催化时间设定为120min。

实施例

下面以具体的实际操作范例为基础对本发明进行详细说明。

实施例1：

1)按Bi₄V₂O₁₁化学式，选取Bi(NO₃)₃·5H₂O和V₂O₅备用；用去离子水配成0.01-0.1mol/L的硝酸铋溶液，将V₂O₅以固体粉末的形式加入到硝酸铋溶液中充分混合，得到悬浊液；

2)将上述悬浊液移入衬有聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，按水热反应的填充度为70％加入去离子水，不加盐酸，在自然的pH值下，盖紧釜盖后放入恒温干燥箱中，在180℃下保温18h。

3)待冷却至室温后，取出反应后的产物，用去离子水、无水乙醇各离心洗涤5次后，置于80℃的恒温干燥箱中干燥2h，即可得到铋系复合氧化物Bi₄V₂O₁₁光催化剂粉末。

所制备的光催化剂，在波长大于420nm的可见光照射下，120min对酸性红去除率达到98.5％。

实施例2：

1)按Bi₄Nb₂O₁₁化学式，选取Bi(NO₃)₃·5H₂O和Nb₂O₅备用；用去离子水配成0.01mol/L的硝酸铋溶液，将Nb₂O₅以固体粉末的形式加入到硝酸铋溶液中充分混合，得到悬浊液；

2)将上述悬浊液移入衬有聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，按水热反应的填充度为70％加入去离子水，不加盐酸，在自然的pH值下，盖紧釜盖后放入恒温干燥箱中，在190℃下保温12h。

3)待冷却至室温后，取出反应后的产物，用去离子水、无水乙醇各离心洗涤4次后，置于60℃的恒温干燥箱中干燥2h，即可得到铋系复合氧化物Bi₄Nb₂O₁₁光催化剂粉末。

所制备的光催化剂，在波长大于420nm的可见光照射下，120min对酸性红去除率达到99％。

实施例3：

1)按Bi₄V_1.6Nb_0.4O₁₁化学式，选取Bi(NO₃)₃·5H₂O、V₂O₅和Nb₂O₅备用；用去离子水配成0.1mol/L的硝酸铋溶液，将V₂O₅、Nb₂O₅以固体粉末的形式加入到硝酸铋溶液中充分混合，得到悬浊液；

2)将上述悬浊液移入衬有聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，按水热反应的填充度为70％加入去离子水，不加盐酸，在自然的pH值下，盖紧釜盖后放入恒温干燥箱中，在200℃下保温12h。

3)待冷却至室温后，取出反应后的产物，用去离子水、无水乙醇各离心洗涤5次后，置于80℃的恒温干燥箱中干燥2h，即可得到铋系复合氧化物Bi₄V_1.6Nb_0.4O₁₁光催化剂粉末。

所制备的光催化剂，在波长大于420nm的可见光照射下，120min对酸性红去除率达到98％。

实施例4：

1)按Bi₄V_0.4Ta_1.6O₁₁化学式，选取Bi(NO₃)₃·5H₂O、V₂O₅和Ta₂O₅，备用；用去离子水配成0.05mol/L的硝酸铋溶液，将V₂O₅、Ta₂O₅以固体粉末的形式加入到硝酸铋溶液中充分混合，得到悬浊液；

2)将上述悬浊液移入衬有聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，按水热反应的填充度为70％加入去离子水，用盐酸调节pH值为4，盖紧釜盖后放入恒温干燥箱中，在160℃下保温24h。

3)待冷却至室温后，取出反应后的产物，用去离子水、无水乙醇各离心洗涤1次后，置于80℃的恒温干燥箱中干燥10h，即可得到铋系复合氧化物Bi₄V_0.4Ta_1.6O₁₁光催化剂粉末。

所制备的光催化剂，在波长大于420nm的可见光照射下，120min对酸性红去除率达到98％。

实施例5：

1)按Bi₄Nb_0.2Ta_1.8O₁₁化学式，选取Bi(NO₃)₃·5H₂O、Ta₂O₅和Nb₂O₅备用；用去离子水配成0.08mol/L的硝酸铋溶液，将Ta₂O₅、Nb₂O₅以固体粉末的形式加入到硝酸铋溶液中充分混合，得到悬浊液；

2)将上述悬浊液移入衬有聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，按水热反应的填充度为70％加入去离子水，用氨水调节pH值为9，盖紧釜盖后放入恒温干燥箱中，在200℃下保温12h。

3)待冷却至室温后，取出反应后的产物，用去离子水、无水乙醇各离心洗涤3次后，置于80℃的恒温干燥箱中干燥6h，即可得到铋系复合氧化物Bi₄Nb_0.2Ta_1.8O₁₁光催化剂粉末。

所制备的光催化剂，在波长大于420nm的可见光照射下，120min对酸性红去除率达到96％。

本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如温度、时间、pH值等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (2)

1.一种复合氧化物光催化剂Bi₄M₂O₁₁的制备方法，其特征在于具体步骤为：

1)按Bi₄M₂O₁₁化学式，其中M元素为Nb、Ta和V中的一种或两种，选取Bi(NO₃)₃·5H₂O、V₂O₅、Nb₂O₅和Ta₂O₅备用；用去离子水配成0.01-0.1mol/L的硝酸铋溶液，将V₂O₅、Nb₂O₅和Ta₂O₅中的一种或两种以固体粉末的形式加入到硝酸铋溶液中充分混合，得到悬浊液；

2)将上述悬浊液移入衬有聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，按水热反应的填充度为70％-80％加入去离子水，盖紧釜盖后放入恒温干燥箱中，在160-200℃下保温12-24h；

3)待冷却至室温后，取出反应后的产物，用去离子水、无水乙醇各离心洗涤1-5次后，置于60-80℃的恒温干燥箱中干燥2-10h。

2.如权利要求1所述的复合氧化物光催化剂Bi₄M₂O₁₁的应用，其特征在于所述的复合氧化物光催化剂Bi₄M₂O₁₁作为光催化剂应用。