CN106076389A - 钼酸铋/石墨相氮化碳复合催化剂的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了钼酸铋/石墨相氮化碳复合催化剂的制备方法及应用，属于光催化材料的制备领域。按如下步骤进行：（1）复合催化剂的制备方法：分别制备不同pH值的Bi2MoO6、石墨相氮化碳(g‑C3N4)，然后采用浸渍法制备不同pH值的Bi2MoO6/g‑C3N4。（2）光催化降解有机污染物罗丹明B（RhB）性能表征：纯的Bi2MoO6降解罗丹明B的效果并不明显，与g‑C3N4复合后，光降解效果明显增强。本发明所制得的新型Bi2MoO6/g‑C3N4复合纳米材料表现出良好的光催化降解罗丹明B性能，是一类绿色、高效的光催化剂。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种钼酸铋/石墨相氮化碳复合催化剂的制备方法及应用，属于光催化降解有机污染物领域。
背景技术
当前，环境污染与能源短缺的问题已经成为人类可持续发展所面临的两个重大问题，越来越受到世界各国的高度重视。太阳能是一种可再生的清洁和廉价能源，因此，如何将太阳能的高效利用和水环境保护相结合，通过开展光催化技术去除水体中污染物的研究具有深远的战略意义和现实意义。
钼酸铋(Bi2MoO6)，是由[Bi2O2]2+和MoO4 2-组成的奥里维里斯(Aurivillius)片层化合物。因其具有较小的禁带宽度(2.5-2.8eV)，在水降解和有机污染物降解方面表现了良好的光催性能，越来越引起了人们的重视，但是较低的量子产率限制了钼酸铋在光催化方面的应用。因此，人们试图通过合成以钼酸铋为基础的异质结来减少载流子的重组。
研究发现，石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种具有独特的能带结构，化学稳定性好，廉价易得的非金属半导体材料，在可见光条件下能够光降解水制氢制氧，降解水中的有机污染物，被认为是光催化领域最具前景的研究材料之一。然而，氮化碳的吸收光主要集中在紫外区内，光生电子和空穴易于复合，限制了在光催化区域内的应用。
本发明将钼酸铋负载到g-C3N4上，制备出高催化剂性能的复合材料，将其应用在光催化降解有机污染物罗丹明B上。
发明内容
本发明的目的是寻找一种高效催化剂，提供不同pH值的钼酸铋/石墨相氮化碳(Bi2MoO6/g-C3N4)复合催化剂及其制备方法。该催化剂催化效率高且整个制备方法简单。
本发明采用的具体方案是：
不同pH值的Bi2MoO6/g-C3N4由不同pH值的钼酸铋与石墨相氮化碳经过超声浸渍法负载而成，Bi2MoO6与g-C3N4质量比为2:1，所述的Bi2MoO6/g-C3N4复合催化剂对罗丹明B具有较高的催化活性。
本发明所述的钼酸铋/石墨相氮化碳复合催化剂的制备方法的制备方法，按照下述步骤进行：
(1)不同pH值的Bi2MoO6的制备
量取Bi(NO3)3·5H2O和(NH4)6Mo7O24·4H2O分别溶于乙二醇，两溶液混合后用NaOH溶 液调节pH值，获得pH＝5,7,9,11的溶液。然后将溶液倒入高压反应釜180℃反应24h，冷却后抽滤并用蒸馏水、无水乙醇洗涤，80℃烘干即可。
其中步骤(1)中Bi(NO3)3·5H2O与(NH4)6Mo7O24·4H2O的摩尔比为14:1。
(2)石墨相氮化碳(g-C3N4)的制备
称取三聚氰胺放入陶瓷坩埚中，550℃煅烧4h，升温速率为2.3℃/min，冷却至室温，研磨得到黄色固体即为石墨相氮化碳(结构式如式Ⅰ)。
(3)不同pH值的Bi2MoO6/g-C3N4的制备
分别称取不同pH值的Bi2MoO6和g-C3N4放入无水乙醇中，将溶剂放入超声波清洗器(频率为50KHz，功率密度0.24W/cm2)超声2h，两溶剂混合放在恒温搅拌器上搅拌12h，离心后放入烘箱烘干得到产品(结构式如式Ⅱ)。
其中步骤(3)中Bi2MoO6和g-C3N4的质量比为2:1。
其中步骤(3)中Bi2MoO6与无水乙醇的比例为0.08g：20ml。
钼酸铋/石墨相氮化碳复合催化剂的应用，用于光催化降解罗丹明(RhB)，按照下述步骤进行：
称取25mg催化剂放入试管中，加入50ml 10mg/L罗丹明B溶液，用500W氙灯作为光源，进行光催化降解反应。暗反应时间为30min，光反应每10min取次样，进行离心，进而测其吸光度。
本发明采用超声浸渍法制备不同pH值的Bi2MoO6/g-C3N4复合材料，通过调节Bi2MoO6的不同pH值制备出不同的复合材料，从而得到了具有不同催化活性的复合物。其优点如下：
(1)制备催化剂Bi2MoO6/g-C3N4的原料易得，制备方法容易。
(2)制备出的催化剂Bi2MoO6/g-C3N4光催化活性好。
附图说明
图1为实施例1～3不同催化剂的XRD图，(a:Bi2MoO6(pH＝5),b:Bi2MoO6(pH＝7),c:Bi2MoO6(pH＝9),d:Bi2MoO6(pH＝11),e:Bi2MoO6/g-C3N4(pH＝5),f:Bi2MoO6/g-C3N4(pH＝7),g:Bi2MoO6/g-C3N4(pH＝9),h:Bi2MoO6/g-C3N4(pH＝11),i:g-C3N4)。
图2为实施例3不同pH值的Bi2MoO6/g-C3N4的TEM图，(a:Bi2MoO6/g-C3N4(pH＝5),b:Bi2MoO6/g-C3N4(pH＝7),c:Bi2MoO6/g-C3N4(pH＝9),d:Bi2MoO6/g-C3N4(pH＝11))。
图3为实施例4 25mg Bi2MoO6/g-C3N4(pH＝7)降解10mg/L罗丹明B的紫外谱图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，下面结合实施例进一步阐述本发明的内容，但本发明的内容不 仅仅局限于以下的实施例。
实施例1
(1)不同pH值的Bi2MoO6的制备
量取3.47mmol Bi(NO3)3·5H2O和0.248mmol(NH4)6Mo7O24·4H2O分别溶于20mL乙二醇，两溶液混合后用NaOH溶液调节混合溶液的pH值，获得pH＝5,7,9,11的溶液，搅拌15min。然后将溶液倒入高压反应釜180℃反应24h，冷却后抽滤并用蒸馏水、无水乙醇洗涤几次，80℃烘干即可。我们对pH值的Bi2MoO6进行了XRD表征，如图1a,b,c,d所示,不同pH值的Bi2MoO6具有不同的晶型结构。
(2)石墨相氮化碳(g-C3N4)的制备
用电子天平称取5g的三聚氰胺放入陶瓷坩埚中，在550℃下煅烧4h，升温速率为2.3℃/min，冷却至室温后研磨，得到的黄色固体即为石墨相氮化碳。如图1i所示，在13.1°和27.4°处出现了对应于(100)和(002)晶面的g-C3N4衍射特征峰。
(3)不同pH值的Bi2MoO6/g-C3N4的制备
分别称取0.10g不同pH值的Bi2MoO6溶于20mL无水乙醇中，作为A溶液。称取0.05gg-C3N4放入20mL无水乙醇中，作为B溶液。将A、B溶液放入超声波清洗器(频率为50KHz，功率密度0.24W/cm2)超声2h，A溶液逐滴加入到B溶液中并不断搅拌，混合溶液放在恒温搅拌器上搅拌12h，离心后放入烘箱烘干得到产品。制备出的复合催化剂的XRD如图1e,f,g,h，出现了Bi2MoO6和g-C3N4衍射特征峰，表明了Bi2MoO6负载到了g-C3N4上，这也可以有图2中的TEM图进一步表明。
(4)光催化降解罗丹明B(RB)
分别称取25mg不同pH值的Bi2MoO6/g-C3N4催化剂放入试管中，加入50ml 10mg/L罗丹明B溶液，用500W氙灯作为光源，进行光催化降解反应。暗反应时间为30min，光反应每10min取次样，进行离心，进而测其吸光度。图3为25mg Bi2MoO6/g-C3N4(pH＝7)降解10mg/L罗丹明B的紫外谱图，50min内的降解率达到97.82％。
Claims (5)
1.钼酸铋/石墨相氮化碳复合催化剂的制备方法，其特征在于按照下述步骤进行：
（1）不同pH值的Bi2MoO6的制备
量取Bi(NO3)3·5H2O和(NH4)6Mo7O24·4H2O分别溶于乙二醇，两溶液混合后用NaOH溶液调节pH值，获得pH=5, 7, 9, 11的溶液；
然后将溶液倒入高压反应釜180℃反应24 h，冷却后抽滤并用蒸馏水、无水乙醇洗涤，80 °C烘干即可；
（2）石墨相氮化碳 (g-C3N4) 的制备
称取三聚氰胺放入陶瓷坩埚中，550 oC煅烧4 h，升温速率为2.3 oC/min，冷却至室温，研磨得到黄色固体即为石墨相氮化碳；
（3）不同pH值的Bi2MoO6/g-C3N4 的制备
分别称取不同pH值的Bi2MoO6和g-C3N4 放入无水乙醇中，将溶剂放入超声波清洗器（频率为50 KHz，功率密度0.24 W/cm2）超声2 h，两溶剂混合放在恒温搅拌器上搅拌12 h，离心后放入烘箱烘干得到产品。
2.根据权利要求1所述的钼酸铋/石墨相氮化碳复合催化剂的制备方法的制备方法，其特征在于其中步骤（1）中Bi(NO3)3·5H2O与(NH4)6Mo7O24·4H2O的摩尔比为14:1。
3.根据权利要求1所述的钼酸铋/石墨相氮化碳复合催化剂的制备方法的制备方法，其特征在于其中步骤（3）中Bi2MoO6和g-C3N4的质量比为2:1。
4.根据权利要求1所述的钼酸铋/石墨相氮化碳复合催化剂的制备方法的制备方法，其特征在于其中步骤（3）中Bi2MoO6与无水乙醇的比例为0.08 g：20 ml。
5.权利要求1所述的钼酸铋/石墨相氮化碳复合催化剂的制备方法的的应用，其特征在于用于光催化降解罗丹明B（RhB），按照下述步骤进行：
称取25 mg催化剂放入试管中，加入50 ml 10 mg/L 罗丹明B溶液，用500 W氙灯作为光源，进行光催化降解反应；暗反应时间为30 min，光反应每10 min取次样，进行离心，进而测其吸光度。
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