CN106975509A - 一种氮、铁共掺杂钒酸铋可见光催化剂的制备方法及应用 - Google Patents
一种氮、铁共掺杂钒酸铋可见光催化剂的制备方法及应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106975509A CN106975509A CN201710262160.7A CN201710262160A CN106975509A CN 106975509 A CN106975509 A CN 106975509A CN 201710262160 A CN201710262160 A CN 201710262160A CN 106975509 A CN106975509 A CN 106975509A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- visible light
- nitrogen
- iron
- pucherite
- hydro
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 105
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 102
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 62
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 55
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 51
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 3,7-bis(dimethylamino)phenothiazin-5-ium Chemical compound C1=CC(N(C)C)=CC2=[S+]C3=CC(N(C)C)=CC=C3N=C21 RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims abstract description 34
- 229960000907 methylthioninium chloride Drugs 0.000 claims abstract description 34
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 claims abstract description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910002915 BiVO4 Inorganic materials 0.000 claims description 34
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 24
- VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N iron(3+);trinitrate Chemical compound [Fe+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 19
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 16
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 14
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 14
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 14
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims description 12
- 239000013049 sediment Substances 0.000 claims description 12
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims description 11
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 10
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 5
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 230000029087 digestion Effects 0.000 claims description 3
- ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N Ammonium bicarbonate Chemical compound [NH4+].OC([O-])=O ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910000013 Ammonium bicarbonate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 235000012538 ammonium bicarbonate Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000001099 ammonium carbonate Substances 0.000 claims description 2
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 claims description 2
- 235000013877 carbamide Nutrition 0.000 claims description 2
- FBAFATDZDUQKNH-UHFFFAOYSA-M iron chloride Chemical compound [Cl-].[Fe] FBAFATDZDUQKNH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- RUTXIHLAWFEWGM-UHFFFAOYSA-H iron(3+) sulfate Chemical compound [Fe+3].[Fe+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O RUTXIHLAWFEWGM-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 2
- 229910000360 iron(III) sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims 1
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 abstract description 12
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 abstract description 4
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 29
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 24
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 24
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 19
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 10
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 10
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 10
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 10
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 9
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 8
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 7
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 7
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- LSGOVYNHVSXFFJ-UHFFFAOYSA-N vanadate(3-) Chemical compound [O-][V]([O-])([O-])=O LSGOVYNHVSXFFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 125000000325 methylidene group Chemical group [H]C([H])=* 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 2
- 241000208340 Araliaceae Species 0.000 description 1
- 244000283207 Indigofera tinctoria Species 0.000 description 1
- 235000005035 Panax pseudoginseng ssp. pseudoginseng Nutrition 0.000 description 1
- 235000003140 Panax quinquefolius Nutrition 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 235000008434 ginseng Nutrition 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- MCPLVIGCWWTHFH-UHFFFAOYSA-L methyl blue Chemical compound [Na+].[Na+].C1=CC(S(=O)(=O)[O-])=CC=C1NC1=CC=C(C(=C2C=CC(C=C2)=[NH+]C=2C=CC(=CC=2)S([O-])(=O)=O)C=2C=CC(NC=3C=CC(=CC=3)S([O-])(=O)=O)=CC=2)C=C1 MCPLVIGCWWTHFH-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M methyl orange Chemical compound [Na+].C1=CC(N(C)C)=CC=C1\N=N\C1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1 STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M 0.000 description 1
- 229940012189 methyl orange Drugs 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000010189 synthetic method Methods 0.000 description 1
- WQEVDHBJGNOKKO-UHFFFAOYSA-K vanadic acid Chemical compound O[V](O)(O)=O WQEVDHBJGNOKKO-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/24—Nitrogen compounds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/308—Dyes; Colorants; Fluorescent agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/10—Photocatalysts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)
Abstract
本发明提供了一种氮、铁共掺杂钒酸铋可见光催化剂的制备方法,其制备步骤包括采用水热法制备得到纯钒酸铋,然后将所得的钒酸铋、氮源及铁源加入去离子水中混合,随后将前驱物经二次水热法处理,即得到氮、铁共掺杂钒酸铋可见光催化剂。本发明制备过程简单、成本低,该氮、铁共掺杂钒酸铋可见光催化剂具有可见光响应能力,能够在可见光照射下高效光催化降解有机污染物。本发明还提供了一种上述制备方法制备出的氮、铁共掺杂钒酸铋可见光催化剂在可见光下对亚甲基蓝光催化降解的应用。
Description
技术领域
本发明涉及光催化材料技术领域,特别是涉及一种可见光催化剂的制备方法及应用。
背景技术
利用半导体材料的光催化反应降解有机污染物已经成为目前在环保领域,特别是污水处理领域的研究热点。光催化降解有机污染物具有绿色可持续、无二次污染、能源消耗低的优点,因此,对于高效光催化剂,尤其是对可见光催化剂的研究正在吸引着越来越多的关注。截至目前,研究及使用最多的光催化剂材料主要是二氧化钛,尽管其具有无毒、廉价、化学性质稳定的优点,但其对可见光响应差及利用率低、且光生电荷载流子复合率高的缺点严重地限制其在以可见光为主的太阳光下的光催化活性及效率。因此,开发新型可见光催化剂是提高太阳光下光催化反应效率、降低成本,并最终实现工业化应用的关键。
钒酸铋(BiVO4)是一种窄带隙半导体,单斜晶型的带隙能约为2.4eV,它具有类似于二氧化钛的足够正的价带电位,这既能使其具有可见光响应的光催化活性,又确保其足够强的氧化能力,从而实现在太阳光下催化降解有机污染物的功能。虽然它具有一定的可见光吸收能力,但其光生电子-空穴对较易发生再复合,从而降低其光催化降解污染物的活性。为此,研究者采用多种手段对BiVO4进行改性以期增强其光生载流子的分离效率,目前使用较多的方法包括元素掺杂、贵金属颗粒沉积、异质结半导体耦合等,其中金属或非金属元素掺杂最为有效。元素掺杂通过引入掺杂能级形成载流子捕获位,抑制光生电子-空穴对的再复合,从而成功改善杂化BiVO4光催化剂的活性。金属和非金属双元素掺杂既能形成载流子捕获位点,又能在原有禁带中形成掺杂能级,减小带隙能而提升对可见光响应范围和强度。氮、铁双元素掺杂已经在二氧化钛改性研究中被广泛使用,表现出很有前景的效果;而其在杂化BiVO4材料的研究中则鲜有报道,特别是关于该体系材料制备方法的专利还未见公布。陈先托等人(上海电力学院学报,2015,31(5),456-466)采用溶胶凝胶法制备了N和Fe共掺杂的BiVO4光催化剂,证明了掺杂后催化剂对甲基橙光降解效率的提升作用,但他们仅仅考察了Fe元素的含量对于光催化性能的影响,并没有综合考察两种元素对光催化性能的协同作用;此外,他们采用的制备方法是溶胶凝胶法,该方法操作繁琐且要严格控制前驱液的pH值,所得杂化BiVO4样品通常不具有规则的活性晶面裸露,这不利于材料的光催化活性提高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点,本发明的一方面提供一种通过水热合成法得到的氮、铁共掺杂钒酸铋可见光催化剂的制备方法。
一种氮、铁共掺杂钒酸铋可见光催化剂的制备方法,其特征在于,包括步骤:
步骤一:先将Bi(NO3)3和(NH4)2VO3溶解在硝酸水溶液中,得到前驱液,并用氨水调节该前驱液的pH值,搅拌直至产生橙黄色沉淀;经一定时间陈化后,将沉淀物转移至聚四氟内衬的不锈钢高压釜中在一定温度下进行水热处理;水热处理后将黄色颗粒过滤分离,并用去离子水洗涤,80℃下干燥,即得纯BiVO4光催化剂。
步骤二:将一定量的氮源、铁源及步骤一中所得的纯BiVO4光催化剂加入去离子水中混合并转移至聚四氟内衬的不锈钢高压釜中,在一定温度下进行二次水热处理;水热处理后将黄色颗粒过滤分离,并用去离子水洗涤,80℃下干燥后,即得所述氮、铁共掺杂钒酸铋可见光催化剂。
相比现有技术,本发明的有益效果为:制备方法简单、成本低,氮、铁元素的加入,既减小了杂化BiVO4光催化剂的带隙能,增强其对可见光的吸收,又促进了光生载流子的分离,使所制备的氮、铁共掺杂钒酸铋可见光催化剂光催化活性高,在可见光下具有优良的降解有机污染物的性能。
上述制备方法,其中,所述步骤一中,Bi(NO3)3和(NH4)2VO3的摩尔量均为10~50mmol,所述硝酸水溶液体积为100~500mL,所述硝酸水溶液的硝酸浓度为1~5M,氨水调节所述前驱液的pH值为1~3,陈化时间为0.5~4h,水热处理温度为160℃或200℃或240℃,水热处理时间为6h或12h或24h。
上述制备方法,其中,所述步骤一中,Bi(NO3)3和(NH4)2VO3的摩尔量均为30mmol,所述硝酸水溶液体积为300mL,所述硝酸水溶液的硝酸浓度为2M,氨水调节所述前驱液的pH值为2,陈化时间为2h,水热处理温度为200℃,水热处理时间为12h。
上述制备方法,其中,所述步骤二中,氮源为尿素、氯化铵、碳酸氢铵中的一种或几种的混合物,氮含量为0.2at%或2at%或10at%;铁源为硝酸铁、氯化铁、硫酸铁中的一种或几种的混合物,铁含量为0.1at%或1at%或5at%;水热处理温度为160℃或200℃或240℃,水热处理时间为6h或12h或24h。
本发明的另一方面还提供一种上述方法制备出的氮、铁共掺杂钒酸铋可见光催化剂在可见光下对亚甲基蓝光催化降解的应用。
上述应用,其中,将0.2g制备的所述氮、铁共掺杂钒酸铋可见光催化剂加入到100mL浓度为10mg/L的亚甲基蓝水溶液中,经暗态下吸附30min后,在≥400nm的可见光照射下进行光催化降解。
附图说明
图1是实施例6制备的氮、铁共掺杂钒酸铋光催化剂的SEM图;
图2是实施例1和实施例6所制备的纯钒酸铋和氮、铁共掺杂钒酸铋光催化剂的XRD图;
图3是实施例6制备的氮、铁共掺杂钒酸铋光催化剂的XPS图;
图4是实施例1和实施例6所制备的纯钒酸铋和氮、铁共掺杂钒酸铋光催化剂的UV-vis光谱图;
图5是实施例1~10制备的纯钒酸铋和氮、铁共掺杂钒酸铋光催化剂在可见光下对亚甲基蓝降解曲线。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是,当元件被称为“固设于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅表1,为本发明的实施方式中制备的纯钒酸铋样品1及根据正交实验法选取的9种不同氮、铁含量的情况下制备的氮、铁共掺杂钒酸铋光催化剂样品2~10。
表1
下面分多个实施例对本发明的实施方式进行进一步的说明。本发明实施例不限定于以下的具体实施例。在不变主权利的范围内,可以适当的进行变更实施。
实施例1:
先将Bi(NO3)3(30mmol)和(NH4)2VO3(30mmol)溶解在300mL的浓度为2M的硝酸水溶液中,并在搅拌条件下用氨水调节溶液的pH值为2,直至得到橙黄色沉淀。经过2h陈化后,将沉淀物转移至容量为100mL的聚四氟内衬不锈钢高压釜中进行水热处理,水热条件为200℃,水热时间为12h。冷却后将黄色粉体过滤分离,并用去离子水洗涤多次,并于80℃烘干过夜,即得到纯BiVO4光催化剂样品1。通过对该样品进行XRD测试结果如图2,发现纯BiVO4为单斜晶相;该样品的UV-vis光谱图如图4所示,其在200~500nm波长范围内表现出较强的光吸收特性,吸收带边约为525nm。取0.2g制得的催化剂样品1加入到100mL浓度为10mg/L的亚甲基蓝水溶液中,经暗态下吸附30min后,开启300W氙灯,在≥400nm的可见光照射下进行光催化降解实验3h。每隔0.5h测量待降解溶液在664nm下的吸光度来计算亚甲基蓝的降解程度,绘制亚甲基蓝的剩余率与时间的关系曲线(见图5中样品1降解曲线)。
实施例2:
先将Bi(NO3)3(30mmol)和(NH4)2VO3(30mmol)溶解在300mL的浓度为2M的硝酸水溶液中,并在搅拌条件下用氨水调节溶液的pH值为2,直至得到橙黄色沉淀。经过2h陈化后,将沉淀物转移至容量为100mL的聚四氟内衬不锈钢高压釜中进行水热处理,水热条件为200℃,水热时间为12h。冷却后将黄色粉体过滤分离,并用去离子水洗涤多次,并于80℃烘干过夜,即得到纯BiVO4光催化剂。称取BiVO4粉体1.62g、N含量为0.2at%的尿素、Fe含量为0.1at%的硝酸铁加入到烧杯中混合均匀后转移至水热反应釜,并置于马弗炉中在160℃保温12h,取出后自然冷却至室温,将得到的产物离心分离,并用去离子水洗涤多次,80℃烘干过夜,即得到氮、铁共掺杂BiVO4光催化剂样品2。取0.2g制得的催化剂样品2加入到100mL浓度为10mg/L的亚甲基蓝水溶液中,经暗态下吸附30min后,开启300W氙灯,在≥400nm的可见光照射下进行光催化降解实验3h。每隔0.5h测量待降解溶液在664nm下的吸光度来计算亚甲基蓝的降解程度,绘制亚甲基蓝的剩余率与时间的关系曲线(见图5中样品2降解曲线)。
实施例3:
先将Bi(NO3)3(30mmol)和(NH4)2VO3(30mmol)溶解在300mL的浓度为2M的硝酸水溶液中,并在搅拌条件下用氨水调节溶液的pH值为2,直至得到橙黄色沉淀。经过2h陈化后,将沉淀物转移至容量为100mL的聚四氟内衬不锈钢高压釜中进行水热处理,水热条件为200℃,水热时间为12h。冷却后将黄色粉体过滤分离,并用去离子水洗涤多次,并于80℃烘干过夜,即得到纯BiVO4光催化剂。称取BiVO4粉体1.62g、N含量为0.2at%的尿素、Fe含量为1at%的硝酸铁加入到烧杯中混合均匀后转移至水热反应釜,并置于马弗炉中在200℃保温24h,取出后自然冷却至室温,将得到的产物离心分离,并用去离子水洗涤多次,80℃烘干过夜,即得到氮、铁共掺杂BiVO4光催化剂样品3。取0.2g制得的催化剂样品3加入到100mL浓度为10mg/L的亚甲基蓝溶液中,经暗态下吸附30min后,开启300W氙灯,在≥400nm的可见光照射下进行光催化降解实验3h。每隔0.5h测量待降解溶液在664nm下的吸光度来计算亚甲基蓝的降解程度,绘制亚甲基蓝的剩余率与时间的关系曲线(见图5中样品3降解曲线)。
实施例4:
先将Bi(NO3)3(30mmol)和(NH4)2VO3(30mmol)溶解在300mL的浓度为2M的硝酸水溶液中,并在搅拌条件下用氨水调节溶液的pH值为2,直至得到橙黄色沉淀。经过2h陈化后,将沉淀物转移至容量为100mL的聚四氟内衬不锈钢高压釜中进行水热处理,水热条件为200℃,水热时间为12h。冷却后将黄色粉体过滤分离,并用去离子水洗涤多次,并于80℃烘干过夜,即得到纯BiVO4光催化剂。称取BiVO4粉体1.62g、N含量为0.2at%的尿素、Fe含量为5at%的硝酸铁加入到烧杯中混合均匀后转移至水热反应釜,并置于马弗炉中在240℃保温6h,取出后自然冷却至室温,将得到的产物离心分离,并用去离子水洗涤多次,80℃烘干过夜,即得到氮、铁共掺杂BiVO4光催化剂样品4。取0.2g制得的催化剂样品4加入到100mL浓度为10mg/L的亚甲基蓝溶液中,经暗态下吸附30min后,开启300W氙灯,在≥400nm的可见光照射下进行光催化降解实验3h。每隔0.5h测量待降解溶液在664nm下的吸光度来计算亚甲基蓝的降解程度,绘制亚甲基蓝的剩余率与时间的关系曲线(见图5中样品4降解曲线)。
实施例5:
先将Bi(NO3)3(30mmol)和(NH4)2VO3(30mmol)溶解在300mL的浓度为2M的硝酸水溶液中,并在搅拌条件下用氨水调节溶液的pH值为2,直至得到橙黄色沉淀。经过2h陈化后,将沉淀物转移至容量为100mL的聚四氟内衬不锈钢高压釜中进行水热处理,水热条件为200℃,水热时间为12h。冷却后将黄色粉体过滤分离,并用去离子水洗涤多次,并于80℃烘干过夜,即得到纯BiVO4光催化剂。称取BiVO4粉体1.62g、N含量为2at%的尿素、Fe含量为0.1at%的硝酸铁加入到烧杯中混合均匀后转移至水热反应釜,并置于马弗炉中在240℃保温24h,取出后自然冷却至室温,将得到的产物离心分离,并用去离子水洗涤多次,80℃烘干过夜,即得到氮、铁共掺杂BiVO4光催化剂样品5。取0.2g制得的催化剂样品5加入到100mL浓度为10mg/L的亚甲基蓝溶液中,经暗态下吸附30min后,开启300W氙灯,在≥400nm的可见光照射下进行光催化降解实验3h。每隔0.5h测量待降解溶液在664nm下的吸光度来计算亚甲基蓝的降解程度,绘制亚甲基蓝的剩余率与时间的关系曲线(见图5中样品5降解曲线)。
实施例6:
先将Bi(NO3)3(30mmol)和(NH4)2VO3(30mmol)溶解在300mL的浓度为2M的硝酸水溶液中,并在搅拌条件下用氨水调节溶液的pH值为2,直至得到橙黄色沉淀。经过2h陈化后,将沉淀物转移至容量为100mL的聚四氟内衬不锈钢高压釜中进行水热处理,水热条件为200℃,水热时间为12h。冷却后将黄色粉体过滤分离,并用去离子水洗涤多次,并于80℃烘干过夜,即得到纯BiVO4光催化剂。称取BiVO4粉体1.62g、N含量为2at%的尿素、Fe含量为1at%的硝酸铁加入到烧杯中混合均匀后转移至水热反应釜,并置于马弗炉中在200℃保温12h,取出后自然冷却至室温,将得到的产物离心分离,并用去离子水洗涤多次,80℃烘干过夜,即得到氮、铁共掺杂BiVO4光催化剂样品6,其SEM测试结果如图1所示。该样品呈规则十面体结构,粒径约为5μm,具有较大的裸露晶面,该晶面为电子聚集晶面,有助于光催化活性的提升。图2所示的XRD结果中可以发现,氮、铁元素的加入并没有改变BiVO4的晶型仍为单斜晶型,但掺杂后的样品光催化活性晶面含量明显增加。进一步的XPS表征证明了氮、铁元素被成功掺杂进纯BiVO4样品中,如图3所示。对比样品6与样品1的UV-vis吸收光谱图,发现掺杂后的BiVO4样品其光吸收范围和强度都有所增强,吸收带边红移至575nm,如图4所示。取0.2g制得的催化剂样品6加入到100mL浓度为10mg/L的亚甲基蓝溶液中,经暗态下吸附30min后,开启300W氙灯,在≥400nm的可见光照射下进行光催化降解实验3h。每隔0.5h测量待降解溶液在664nm下的吸光度来计算亚甲基蓝的降解程度,绘制亚甲基蓝的剩余率与时间的关系曲线(见图5中样品6降解曲线)。
实施例7:
先将Bi(NO3)3(30mmol)和(NH4)2VO3(30mmol)溶解在300mL的浓度为2M的硝酸水溶液中,并在搅拌条件下用氨水调节溶液的pH值为2,直至得到橙黄色沉淀。经过2h陈化后,将沉淀物转移至容量为100mL的聚四氟内衬不锈钢高压釜中进行水热处理,水热条件为200℃,水热时间为12h。冷却后将黄色粉体过滤分离,并用去离子水洗涤多次,并于80℃烘干过夜,即得到纯BiVO4光催化剂。称取BiVO4粉体1.62g、N含量为2at%的尿素、Fe含量为5at%的硝酸铁加入到烧杯中混合均匀后转移至水热反应釜,并置于马弗炉中在160℃保温6h,取出后自然冷却至室温,将得到的产物离心分离,并用去离子水洗涤多次,80℃烘干过夜,即得到氮、铁共掺杂BiVO4光催化剂样品7。取0.2g制得的催化剂样品7加入到100mL浓度为10mg/L的亚甲基蓝溶液中,经暗态下吸附30min后,开启300W氙灯,在≥400nm的可见光照射下进行光催化降解实验3h。每隔0.5h测量待降解溶液在664nm下的吸光度来计算亚甲基蓝的降解程度,绘制亚甲基蓝的剩余率与时间的关系曲线(见图5中样品7降解曲线)。
实施例8:
先将Bi(NO3)3(30mmol)和(NH4)2VO3(30mmol)溶解在300mL的浓度为2M的硝酸水溶液中,并在搅拌条件下用氨水调节溶液的pH值为2,直至得到橙黄色沉淀。经过2h陈化后,将沉淀物转移至容量为100mL的聚四氟内衬不锈钢高压釜中进行水热处理,水热条件为200℃,水热时间为12h。冷却后将黄色粉体过滤分离,并用去离子水洗涤多次,并于80℃烘干过夜,即得到纯BiVO4光催化剂。称取BiVO4粉体1.62g、N含量为10at%的尿素、Fe含量为0.1at%的硝酸铁加入到烧杯中混合均匀后转移至水热反应釜,并置于马弗炉中在240℃保温12h,取出后自然冷却至室温,将得到的产物离心分离,并用去离子水洗涤多次,80℃烘干过夜,即得到氮、铁共掺杂BiVO4光催化剂样品8。取0.2g制得的催化剂样品8加入到100mL浓度为10mg/L的亚甲基蓝溶液中,经暗态下吸附30min后,开启300W氙灯,在≥400nm的可见光照射下进行光催化降解实验3h。每隔0.5h测量待降解溶液在664nm下的吸光度来计算亚甲基蓝的降解程度,绘制亚甲基蓝的剩余率与时间的关系曲线(见图5中样品8降解曲线)。
实施例9:
先将Bi(NO3)3(30mmol)和(NH4)2VO3(30mmol)溶解在300mL的浓度为2M的硝酸水溶液中,并在搅拌条件下用氨水调节溶液的pH值为2,直至得到橙黄色沉淀。经过2h陈化后,将沉淀物转移至容量为100mL的聚四氟内衬不锈钢高压釜中进行水热处理,水热条件为200℃,水热时间为12h。冷却后将黄色粉体过滤分离,并用去离子水洗涤多次,并于80℃烘干过夜,即得到纯BiVO4光催化剂。称取BiVO4粉体1.62g、N含量为10at%的尿素、Fe含量为1at%的硝酸铁加入到烧杯中混合均匀后转移至水热反应釜,并置于马弗炉中在160℃保温24h,取出后自然冷却至室温,将得到的产物离心分离,并用去离子水洗涤多次,80℃烘干过夜,即得到氮、铁共掺杂BiVO4光催化剂样品9。取0.2g制得的催化剂样品9加入到100mL浓度为10mg/L的亚甲基蓝溶液中,经暗态下吸附30min后,开启300W氙灯,在≥400nm的可见光照射下进行光催化降解实验3h。每隔0.5h测量待降解溶液在664nm下的吸光度来计算亚甲基蓝的降解程度,绘制亚甲基蓝的剩余率与时间的关系曲线(见图5中样品9降解曲线)。
实施例10:
先将Bi(NO3)3(30mmol)和(NH4)2VO3(30mmol)溶解在300mL的浓度为2M的硝酸水溶液中,并在搅拌条件下用氨水调节溶液的pH值为2,直至得到橙黄色沉淀。经过2h陈化后,将沉淀物转移至容量为100mL的聚四氟内衬不锈钢高压釜中进行水热处理,水热条件为200℃,水热时间为12h。冷却后将黄色粉体过滤分离,并用去离子水洗涤多次,并于80℃烘干过夜,即得到纯BiVO4光催化剂。称取BiVO4粉体1.62g、N含量为10at%的尿素、Fe含量为5at%的硝酸铁加入到烧杯中混合均匀后转移至水热反应釜,并置于马弗炉中在200℃保温6h,取出后自然冷却至室温,将得到的产物离心分离,并用去离子水洗涤多次,80℃烘干过夜,即得到氮、铁共掺杂BiVO4光催化剂样品10。取0.2g制得的催化剂样品10加入到100mL浓度为10mg/L的亚甲基蓝溶液中,经暗态下吸附30min后,开启300W氙灯,在≥400nm的可见光照射下进行光催化降解实验3h。每隔0.5h测量待降解溶液在664nm下的吸光度来计算亚甲基蓝的降解程度,绘制亚甲基蓝的剩余率与时间的关系曲线(见图5中样品10降解曲线)。
从图5可以看出,样品6的可见光催化降解亚甲基蓝效果最好,其最佳制备工艺参数为:氮含量为2at%,铁含量为1at%,水热温度为200℃,水热时间为12h。
相比现有技术,本发明的有益效果为:制备方法简单、成本低,氮、铁元素的加入,既减小了杂化BiVO4光催化剂的带隙能,增强其对可见光的吸收,又促进了光生载流子的分离,使所制备的氮、铁共掺杂钒酸铋可见光催化剂光催化活性高,在可见光下具有优良的降解有机污染物的性能。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种氮、铁共掺杂钒酸铋可见光催化剂的制备方法,其特征在于,包括步骤:
步骤一:先将Bi(NO3)3和(NH4)2VO3溶解在硝酸水溶液中,得到前驱液,并用氨水调节该前驱液的pH值,搅拌直至产生橙黄色沉淀;经一定时间陈化后,将沉淀物转移至聚四氟内衬的不锈钢高压釜中在一定温度下进行水热处理;水热处理后将黄色颗粒过滤分离,并用去离子水洗涤,80℃下干燥,即得纯BiVO4光催化剂。
步骤二:将一定量的氮源、铁源及步骤一中所得的纯BiVO4光催化剂加入去离子水中混合并转移至聚四氟内衬的不锈钢高压釜中,在一定温度下进行二次水热处理;水热处理后将黄色颗粒过滤分离,并用去离子水洗涤,80℃下干燥后,即得所述氮、铁共掺杂钒酸铋可见光催化剂。
2.根据权利要求1所述的氮、铁共掺杂钒酸铋可见光催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤一中,Bi(NO3)3和(NH4)2VO3的摩尔量均为10~50mmol,所述硝酸水溶液体积为100~500mL,所述硝酸水溶液的硝酸浓度为1~5M,氨水调节所述前驱液的pH值为1~3,陈化时间为0.5~4h,水热处理温度为160℃或200℃或240℃,水热处理时间为6h或12h或24h。
3.根据权利要求2所述的氮、铁共掺杂钒酸铋可见光催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤一中,Bi(NO3)3和(NH4)2VO3的摩尔量均为30mmol,所述硝酸水溶液体积为300mL,所述硝酸水溶液的硝酸浓度为2M,氨水调节所述前驱液的pH值为2,陈化时间为2h,水热处理温度为200℃,水热处理时间为12h。
4.根据权利要求1所述的氮、铁共掺杂钒酸铋可见光催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤二中,氮源为尿素、氯化铵、碳酸氢铵中的一种或几种的混合物,氮含量为0.2at%或2at%或10at%;铁源为硝酸铁、氯化铁、硫酸铁中的一种或几种的混合物,铁含量为0.1at%或1at%或5at%;水热处理温度为160℃或200℃或240℃,水热处理时间为6h或12h或24h。
5.一种如权利要求1所述制备方法制备的氮、铁共掺杂钒酸铋可见光催化剂的应用,其特征在于,所述氮、铁共掺杂钒酸铋可见光催化剂在可见光下对亚甲基蓝光催化降解的应用。
6.根据权利要求5所述的氮、铁共掺杂钒酸铋可见光催化剂的应用,其特征在于,将0.2g制备的所述氮、铁共掺杂钒酸铋可见光催化剂加入到100mL浓度为10mg/L的亚甲基蓝水溶液中,经暗态下吸附30min后,在≥400nm的可见光照射下进行光催化降解。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710262160.7A CN106975509B (zh) | 2017-04-20 | 2017-04-20 | 一种氮、铁共掺杂钒酸铋可见光催化剂的制备方法及应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710262160.7A CN106975509B (zh) | 2017-04-20 | 2017-04-20 | 一种氮、铁共掺杂钒酸铋可见光催化剂的制备方法及应用 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106975509A true CN106975509A (zh) | 2017-07-25 |
CN106975509B CN106975509B (zh) | 2020-04-07 |
Family
ID=59345751
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201710262160.7A Active CN106975509B (zh) | 2017-04-20 | 2017-04-20 | 一种氮、铁共掺杂钒酸铋可见光催化剂的制备方法及应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN106975509B (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108380225A (zh) * | 2018-02-07 | 2018-08-10 | 齐齐哈尔大学 | 一种低温高效抗失活脱硝催化剂的合成方法 |
CN108554458A (zh) * | 2018-05-29 | 2018-09-21 | 江苏海川卓越密封材料有限公司 | 核/膜型钒酸铋复合光催化剂及其制备方法 |
CN108671906A (zh) * | 2018-05-29 | 2018-10-19 | 江苏海川卓越密封材料有限公司 | 高活性复合钒酸铋光催化剂及其制备方法 |
CN108786829A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-11-13 | 芜湖职业技术学院 | 掺杂纳米二氧化钛的光催化剂及其制备方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104014326A (zh) * | 2014-06-25 | 2014-09-03 | 上海交通大学 | 一种钒酸铋纳米棒高效光催化剂及其制备方法 |
CN105040025A (zh) * | 2015-05-12 | 2015-11-11 | 北京化工大学 | 双金属氢氧化物复合多孔钒酸铋光电极及其制备方法 |
-
2017
- 2017-04-20 CN CN201710262160.7A patent/CN106975509B/zh active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104014326A (zh) * | 2014-06-25 | 2014-09-03 | 上海交通大学 | 一种钒酸铋纳米棒高效光催化剂及其制备方法 |
CN105040025A (zh) * | 2015-05-12 | 2015-11-11 | 北京化工大学 | 双金属氢氧化物复合多孔钒酸铋光电极及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
蒋海燕: ""规则形貌多孔BiVO4以及氟掺杂BiVO4的合成与其光催化性能研究"", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 * |
陈先托等: ""N-Fe共掺杂BiVO4的制备及其光催化活性的研究"", 《上海电力学院学报》 * |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108380225A (zh) * | 2018-02-07 | 2018-08-10 | 齐齐哈尔大学 | 一种低温高效抗失活脱硝催化剂的合成方法 |
CN108380225B (zh) * | 2018-02-07 | 2022-11-29 | 齐齐哈尔大学 | 一种低温高效抗失活脱硝催化剂的合成方法 |
CN108786829A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-11-13 | 芜湖职业技术学院 | 掺杂纳米二氧化钛的光催化剂及其制备方法 |
CN108786829B (zh) * | 2018-04-04 | 2021-05-11 | 芜湖职业技术学院 | 掺杂纳米二氧化钛的光催化剂及其制备方法 |
CN108554458A (zh) * | 2018-05-29 | 2018-09-21 | 江苏海川卓越密封材料有限公司 | 核/膜型钒酸铋复合光催化剂及其制备方法 |
CN108671906A (zh) * | 2018-05-29 | 2018-10-19 | 江苏海川卓越密封材料有限公司 | 高活性复合钒酸铋光催化剂及其制备方法 |
CN108671906B (zh) * | 2018-05-29 | 2020-03-31 | 江苏海川卓越密封材料有限公司 | 高活性复合钒酸铋光催化剂及其制备方法 |
CN108554458B (zh) * | 2018-05-29 | 2020-03-31 | 江苏海川卓越密封材料有限公司 | 钒酸铋复合光催化剂及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN106975509B (zh) | 2020-04-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105664979B (zh) | 一种纳米介孔微球状Ln-Bi5O7I光催化剂及其制备方法 | |
CN106975509A (zh) | 一种氮、铁共掺杂钒酸铋可见光催化剂的制备方法及应用 | |
CN105289585B (zh) | 一种用于臭氧催化剂的负载型稀土掺杂氧化锰的制备方法 | |
CN102580736B (zh) | 一种石墨烯/钒酸银纳米复合可见光催化剂及其制备方法 | |
CN101549299B (zh) | 非金属元素多元掺杂纳米二氧化钛光催化剂及其制备方法 | |
CN113713823B (zh) | 一种CoTiO3/BiVO4复合光催化剂的制备方法及应用 | |
CN105772051B (zh) | 一种Bi2O2CO3-BiFeO3复合光催化剂及其制备方法 | |
CN109939643A (zh) | α-Fe2O3掺杂生物炭的制备方法及其应用 | |
Sun et al. | The effect of pH on the photocatalytic performance of BiVO4 for phenol mine sewage degradation under visible light | |
CN102698784B (zh) | 一种可见光响应催化剂及其制备方法 | |
Yang et al. | Dendritic BiVO 4 decorated with MnO x co-catalyst as an efficient hierarchical catalyst for photocatalytic ozonation | |
CN106362742A (zh) | 一种Ag/ZnO纳米复合物及其制备方法和应用 | |
CN105080534A (zh) | 光催化剂BiVO4的微波水热合成法 | |
CN106311306B (zh) | 一种制备锂掺杂石墨相氮化碳材料的方法 | |
Zhang et al. | Boosted photocatalytic performance of OVs-rich BiVO4 hollow microsphere self-assembled with the assistance of SDBS | |
CN109289849A (zh) | 可控制备新型CeO2/Ag可再生表面增强拉曼活性光催化材料的方法 | |
CN102989485B (zh) | 一种S掺杂BiVO4可见光催化材料及其制备方法 | |
CN105921153B (zh) | 一种复合光催化剂及其制备方法 | |
CN102500406B (zh) | 铁氮氟共掺杂TiO2光催化剂及在可见光降解有机污染物中的应用 | |
CN106955699B (zh) | 一种高效太阳能固氮光催化材料及其制备方法 | |
CN104707616B (zh) | 一种非金属元素掺杂MxFe3‑xO4@TiO2磁性复合材料的制备方法 | |
CN104607174A (zh) | 一种钙掺杂β-Bi2O3光催化剂及其制备方法与应用 | |
CN102580727A (zh) | 一种活性炭负载二氧化钛掺银光催化剂的制备方法 | |
CN111939957A (zh) | 一种光催化固氮材料多孔氮化碳纳米纤维/石墨烯的制备方法 | |
CN106824207A (zh) | 一种pn型CaFe2O4@a‑Fe2O3异质结复合光催化剂及其制备方法和应用 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |