CN102626616A

CN102626616A - 一种钒酸盐光催化材料的制备方法

Info

Publication number: CN102626616A
Application number: CN2012100821112A
Authority: CN
Inventors: 陈刚; 孙净雪; 裴健; 熊桂洪; 董红军; 赵超
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2012-03-26
Publication date: 2012-08-08

Abstract

一种钒酸盐光催化材料的制备方法，本发明涉及光催化材料的制备方法。本发明是要解决现有的钒酸铋BiVO₄在制备过程中引入高价、不易去除的有机添加剂，导致BiVO₄纯度差的技术问题。方法：将硝酸铋与偏钒酸铵加入到硝酸中，加热溶解后，调节pH值至1～6.5，得到混合溶液；将混合溶液转移至反应釜中，放入温度为120～180℃的烘箱中热处理6～12h，再经洗涤、干燥后，得到钒酸盐光催化材料。该光催化材料为空心分级结构钒酸盐BiVO₄，其构筑单元为八面体或截角八面体，纯度≥99％。可用于降解有机污染物。

Description

一种钒酸盐光催化材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种钒酸盐光催化材料的制备方法。

背景技术

进入21世纪之后，全球范围内的环境污染及能源危机问题越来越成为制约人类文明前进步伐的两大关键因素，而环境污染物的消除更需要消耗大量的能源，这给日益严峻的能源危机提出了巨大的挑战。在国内创建资源节约型、环境友好型社会的情况下，在国际资源、能源危机的大背景下，广大的科学研究工作者把目光转向了对太阳能这一取之不尽、用之不竭的的清洁能源的开发上了，而当前半导体太阳能光催化技术则是很好地结合了能源和环境两大问题的一个关键点，因为通过将太阳能光子照射，光催化剂激发载流子迁移，使水转化为洁净的可以进行实际应用的氢能源，将非常有效地解决化石能源枯竭、气体温室、环境效应等带来的危机，而光催化降解利用空穴载流子的氧化作用可以很好消除有毒有机污染物，将进一步成为解决环境污染问题的一条廉价可行的途径。钒酸铋BiVO₄是一种典型的可见光响应型的半导体光催化材料，其结构与形貌对性能有很大的作用。目前BiVO₄制备方法主要有共沉淀法、超声法等，但是这些方法在制备过程中，会引入高价、不易去除的有机添加剂，纯度差，不利于催化应用，也不符合绿色合成的理念。

发明内容

本发明是要解决现有的钒酸铋BiVO₄在制备过程中引入高价、不易去除的有机添加剂，导致BiVO₄纯度差的技术问题，而提供一种钒酸盐光催化材料的制备方法。

本发明的一种钒酸盐光催化材料的制备方法按以下步骤进行：

一、按硝酸铋(Bi(NO₃)₃·5H₂O)与偏钒酸铵(NH₄VO₃)的摩尔比为1∶1称取硝酸铋和偏钒酸铵并加入到浓度为4mol/L的硝酸(HNO₃)中，在磁力搅拌下，加热至60～80℃使硝酸铋与偏钒酸铵完全溶解，然后用氨水调节pH值至1～6.5，得到混合溶液；其中混合溶液中硝酸铋的质量百分比含量为0.5％～2％；

二、将步骤一得到的混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中，密封后放入温度为120～180℃的烘箱中热处理6～12h；

三、将反应釜降至室温后，将得到的产物用离子水洗涤，然后放在温度为50～80℃的干燥箱中干燥后，得到钒酸盐光催化材料。

本发明采用简单的一步水热法制备了钒酸盐光催化材料，该钒酸盐光催化材料为空心分级结构钒酸盐BiVO₄，其构筑单元为八面体或截角八面体，暴露了更多的易于催化反应的高活性面，使光催化降解有机污染物能力提高。本发明方法原料易获得、反应环境温和，而且在制备过程中，没有其它杂质引入，装置简单，制备的材料粉体颗粒均匀、结晶度好、纯度≥99％，纯度高。本发明的钒酸盐光催化材料的可用于降解有机污染物。

附图说明

图1是试验一制备的钒酸盐光催化材料的XRD谱图；

图2是试验一制备的钒酸盐光催化材料的SEM照片；

图3是试验一制备的钒酸盐光催化材料的用于降解有机污染物罗丹明B得到的罗丹明B浓度C与初始浓度C₀的比值与降解时间的关系曲线图。

具体实施方式：

具体实施方式一：本实施方式的一种钒酸盐光催化材料的制备方法按以下步骤进行：

本发明采用简单的一步水热法制备了钒酸盐光催化材料，该钒酸盐光催化材料为空心分级结构钒酸盐BiVO₄，其构筑单元为八面体或截角八面体，暴露了更多的易于催化反应的高活性面，使光催化降解有机污染物能力提高。本发明方法原料易获得、反应环境温和，而且在制备过程中，没有其它杂质引入，装置简单，制备的材料粉体颗粒均匀、结晶度好、纯度≥99％，纯度高。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中加热至温度为65～75℃。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中加热至温度为70℃。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中混合溶液的pH值为2～5。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中混合溶液的pH值为4。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤一中混合溶液中硝酸铋的质量百分比含量为0.8％～1.8％。其它与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤一中混合溶液中硝酸铋的质量百分比含量为1.3％。其它与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤二中烘箱的温度为130～170℃，热处理的时间为8～11h。其它与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤二中烘箱的温度为160℃，热处理的时间为10h。其它与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三中干燥箱的温度为50～80℃，干燥时间为4～24h。其它与具体实施方式一至七之一相同。

用以下试验验证本发明的有益效果：

试验一：本试验的一种钒酸盐光催化材料的制备方法按以下步骤进行：

一、称取0.97g硝酸铋(Bi(NO₃)₃·5H₂O)和0.23g偏钒酸铵(NH₄VO₃)并加入到4mL浓度为4mol/L的硝酸(HNO₃)中，在磁力搅拌下，加热至70℃使硝酸铋与偏钒酸铵完全溶解，然后用氨水调节pH值至3.1，得到混合溶液；

二、将步骤一得到的混合溶液转移至20mL的聚四氟乙烯反应釜中，密封后放入温度为180℃的烘箱中热处理6h；

三、将反应釜降至室温后，将得到的产物用离子水洗涤3次，然后放在温度为70℃的干燥箱中干燥6h后，得到钒酸盐光催化材料。

本试验得到的钒酸盐光催化材料的XRD谱图如图1所示，从图1可以看出，本试验制备的钒酸盐光催化材料与BiVO₄的标准PDF卡片相符，说明钒酸盐光催化材料为BiVO₄，其纯度为大于99.9％。

本试验得到的钒酸盐光催化材料的XRD谱图如图2所示，从图2可以看出，本试验制备的钒酸盐光催化材料为空心分级结构钒酸盐BiVO₄，其构筑单元为八面体或截角八面体。

将本试验得到的钒酸盐光催化材料用于降解有机污染物罗丹明B，得到的罗丹明B浓度C与初始浓度C₀的比值与降解时间的关系曲线如图3所示，其中罗丹明B初始浓度C₀为10mg/L，体积为100mL，钒酸盐光催化材料的用量为0.1g，从图3可以看出本试验一得到的钒酸盐光催化材料降解该罗丹明B只需50min即可降解完全，降解有机污染物性能很高。

本发明方法原料易获得、反应环境温和，而且在制备过程中，没有其它杂质引入，装置简单。

Claims

1.一种钒酸盐光催化材料的制备方法，其特征在于钒酸盐光催化材料的制备方法按以下步骤进行：

一、按硝酸铋与偏钒酸铵的摩尔比为1∶1称取硝酸铋和偏钒酸铵并加入到浓度为4mol/L的硝酸中，在磁力搅拌下，加热至60～80℃使硝酸铋与偏钒酸铵完全溶解，然后用氨水调节pH值至1～6.5，得到混合溶液；其中混合溶液中硝酸铋的质量百分比含量为0.5％～2％；

2.根据权利要求1所述的一种钒酸盐光催化材料的制备方法，其特征在于步骤一中加热至温度为65～75℃。

3.根据权利要求1或2所述的一种钒酸盐光催化材料的制备方法，其特征在于步骤一中加热至温度为70℃。

4.根据权利要求1或2所述的一种钒酸盐光催化材料的制备方法，其特征在于步骤一中混合溶液的pH值为2～5。

5.根据权利要求1或2所述的一种钒酸盐光催化材料的制备方法，其特征在于步骤一中混合溶液的pH值为4。

6.根据权利要求1或2所述的一种钒酸盐光催化材料的制备方法，其特征在于步骤一中混合溶液中硝酸铋的质量百分比含量为0.8％～1.8％。

7.根据权利要求1或2所述的一种钒酸盐光催化材料的制备方法，其特征在于步骤一中混合溶液中硝酸铋的质量百分比含量为1.3％。

8.根据权利要求1或2所述的一种钒酸盐光催化材料的制备方法，其特征在于步骤二中烘箱的温度为130～170℃，热处理的时间为8～11h。

9.根据权利要求1或2所述的一种钒酸盐光催化材料的制备方法，其特征在于步骤二中烘箱的温度为160℃，热处理的时间为10h。

10.根据权利要求1或2所述的一种钒酸盐光催化材料的制备方法，其特征在于步骤三中干燥箱的温度为50～80℃，干燥时间为4～24h。