CN107352582A - 一种PrVO4纳米纤维光催化剂及其制备方法 - Google Patents
一种PrVO4纳米纤维光催化剂及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107352582A CN107352582A CN201710742078.4A CN201710742078A CN107352582A CN 107352582 A CN107352582 A CN 107352582A CN 201710742078 A CN201710742078 A CN 201710742078A CN 107352582 A CN107352582 A CN 107352582A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- prvo4
- nanofiber
- prvo
- preparation
- photocatalysts
- 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.)
- Pending
Links
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 claims abstract description 47
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 27
- 229910003206 NH4VO3 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 229910002828 Pr(NO3)3·6H2O Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 21
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 19
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 17
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 17
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000013019 agitation Methods 0.000 claims description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 7
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 7
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 claims description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 17
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 12
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 10
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 7
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 abstract description 6
- 230000012010 growth Effects 0.000 abstract description 6
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000008139 complexing agent Substances 0.000 abstract description 4
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 abstract description 4
- PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N praseodymium atom Chemical compound [Pr] PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 abstract description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 abstract description 3
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 abstract description 3
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 abstract description 3
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 abstract description 3
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 abstract description 3
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract description 2
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 16
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 14
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 13
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 13
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 13
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 6
- 238000011160 research Methods 0.000 description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 5
- 238000002242 deionisation method Methods 0.000 description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 5
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 5
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 3
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 3
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 3
- -1 Rare-earth vanadate Chemical class 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 238000002173 high-resolution transmission electron microscopy Methods 0.000 description 2
- CXKWCBBOMKCUKX-UHFFFAOYSA-M methylene blue Chemical compound [Cl-].C1=CC(N(C)C)=CC2=[S+]C3=CC(N(C)C)=CC=C3N=C21 CXKWCBBOMKCUKX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229960000907 methylthioninium chloride Drugs 0.000 description 2
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 1
- 229910002637 Pr6O11 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000002447 crystallographic data Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 230000009647 facial growth Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000004298 light response Effects 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 230000005502 phase rule Effects 0.000 description 1
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 230000001603 reducing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001055 reflectance spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000012279 sodium borohydride Substances 0.000 description 1
- 229910000033 sodium borohydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000003836 solid-state method Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010189 synthetic method Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- WQEVDHBJGNOKKO-UHFFFAOYSA-K vanadic acid Chemical compound O[V](O)(O)=O WQEVDHBJGNOKKO-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G31/00—Compounds of vanadium
-
- 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
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- B01J23/20—Vanadium, niobium or tantalum
- B01J23/22—Vanadium
-
- 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
-
- 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
- B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
- B01J35/58—Fabrics or filaments
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
- C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
- C01P2002/76—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by a space-group or by other symmetry indications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
- C01P2002/77—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by unit-cell parameters, atom positions or structure diagrams
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
- C01P2002/78—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by stacking-plane distances or stacking sequences
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
- C01P2002/84—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by UV- or VIS- data
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/04—Particle morphology depicted by an image obtained by TEM, STEM, STM or AFM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/10—Particle morphology extending in one dimension, e.g. needle-like
- C01P2004/16—Nanowires or nanorods, i.e. solid nanofibres with two nearly equal dimensions between 1-100 nanometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/61—Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/62—Submicrometer sized, i.e. from 0.1-1 micrometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种PrVO4纳米纤维光催化剂及其制备方法。本发明以Pr(NO3)3·6H2O为镨源，2Na‑EDTA为络合剂，NH4VO3为钒源，后二者共同控制整个反应体系的pH值以使其呈弱酸性(pH＝5‑6)，在此条件下，VO3‑缩合为V3O9 3‑，再采用简单温和、环境友好的水热方法，V3O9 3‑与Ce3+反应生成PrVO4。温和的反应体系为纳微米材料的生长提供了合适的环境，通过控制Pr(NO3)3·6H2O、2Na‑EDTA和NH4VO3的摩尔比为1︰1︰1，从而控制所得产物为纯的四方相的PrVO4纳米晶，其直径约为30nm，长度约为500nm的纳米纤维，且粒径分布均匀。整个反应体系没有使用毒性大、危险性大的有机溶剂，反应过程无需添加表面活性剂、模板剂或其他任何有机物，没有苛刻的合成条件要求，成本低廉。合成的催化剂高效，稳定、无毒、应用广、易回收、可重复使用。
Description
技术领域
本发明涉及纳微米材料的制备及光催化领域，尤其涉及一种PrVO4纳米纤维光催化剂及其制备方法。
背景技术
纳微米材料由于具有独特的物理和化学性质是目前研究的热点，而其控制合成是实现材料性能调控及其应用的基础。稀土钒酸盐因其在催化、偏光器、激光器基质材料、荧光材料等许多领域的重要应用而引起人们的广泛关注。四方相的钒酸镨(PrVO4，以下简称PVO)由于具有良好的化学和热的稳定性、机械和光学性质，广泛地应用于照明和显示领域。
半导体光催化是基于固体能带理论、由本身的光学特性决定的。光催化基于半导体材料在光激发下能够产生具有强还原性的光生电子和具有强氧化性的空穴的基本特性，能将水体环境中的有机和无机污染物氧化或还原降解为无害的无机小分子(CO2和H2O)，因此具有低能耗、绿色的特征，被认为是一种高级催化氧化还原技术。近年来研究表明，控制合成不同尺寸和形貌的PVO可在紫外光和可见光照射下催化降解染料和有机污染物，这也是PVO在这一新型领域的应用。
发展稀土钒酸盐纳米材料的形貌控制合成方法和纳米晶组装体的制备方法，研究反应参数对纳米晶形貌和成相规律的影响，探索纳米晶的生长和组装机理并深入研究其结构形貌与性能之间的关系具有重要意义。特别是纳米晶的组装为研究纳米材料尺寸、维度与其光学、电学等性质的关系并进一步构筑微纳米器件提供科学基础。
合成PVO纳米材料的方法通常包括高温固相法、超声辐射法、水热溶剂热法、溶胶-凝胶法、微波合成法和低温熔盐法等。相比较而言，水热法具有操作简单、节能环保、温度较低、高能晶面生长方向相对易于控制等优点，目前被广泛使用。目前报道较多的是PrVO4及其稀土掺杂的纳微米晶的合成以及其光致发光性能的测试，而对纯的PrVO4光催化性能的研究并不是很多。
文献1(Cuicui Yu，Min Yu，Chunxia Li，Cuimiao Zhang，Piaoping Yang，and JunLin，Crystal Growth&Design,2009，9(2)，783-791)Cuicui Yu等用Pr6O11溶于HNO3形成Pr(NO3)3，再与NH4VO3作用，通过加入氨水调节溶液的pH＝8，空气中超声辐射1小时，后洗涤、烘干，制得了平均直径为30-70nm、长度为100-200nm的纺锤形PrVO4。
文献2(Sudarshan Mahapatra，Susanta K.Nayak，Giridhar Madras，andT.N.Guru Row，Industrial and Engineering Chemistry Research，2008，47，6509-6516)Sudarshan Mahapatra等用Pr(NO3)3·6H2O、NH4VO3和聚乙二醇等为原料，采用微波辐射15分钟，后经洗涤，300℃煅烧，制得了平均尺寸为25-30nm的PrVO4黄绿色颗粒。并考察了其在紫外光照射下对MB、OG、RB、RBL和RBBR等染料的光催化降解性能。
文献3(Sudarshan Mahapatra，Giridhar Madras，and T.N.Guru Row，Industrialand Engineering Chemistry Research，2008，46，1013-1017)Sudarshan Mahapatra等用Pr(NO3)3·6H2O、NH4VO3、NaBH4和NaOH等为原料，100℃搅拌冷凝回流12小时，再400℃煅烧1小时，即得颗粒尺寸为200-300nm的PrVO4晶体。后经紫外漫反射光谱测试其禁带宽度为2.86eV，并考察了其在紫外光照射下对MB染料的光催化降解性能。
文献1～文献3采用微波辐射法、超声辐射法、冷凝回流法等制得了不同形貌的PrVO4纳微米晶，并对比考察了其光致发光和光催化降解有机污染物的性能。文献2～文献3均得到的是普通零维PrVO4纳米颗粒，考察了其作为光催化剂在紫外光照射下光催化降解有机污染物的性能，但研究表明，光催化剂的形貌结构、颗粒尺寸、结晶性、比表面积等对其禁带宽度和光催化性能有很大的影响。综上所述，文献1～文献3分别通过不同的方法制备得到了PrVO4纳微米材料，但这些方法仍然存在工艺相对较复杂、环境污染、模板剂不易去除、颗粒不均匀和光催化性能不高等诸多问题和不足，导致现有的PrVO4纳微米材料的合成工艺及光催化性能需进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种比表面积大、粒径分布均匀、结晶度高、在可见光和紫外光范围内均有响应、光催化性能好的PrVO4纳米纤维光催化剂。
本发明的另一目的在于提供一种工艺简单、晶面生长可控、绿色环保、便于产业化生产的PrVO4纳米纤维光催化剂的制备方法。
一种PrVO4纳米纤维光催化剂，所述PrVO4形状为纤维状。
优选的，所述PrVO4纳米纤维光催化剂宽度约为30nm。
优选的，所述PrVO4纳米纤维光催化剂长度约为500nm。
优选的，所述PrVO4纳米纤维光催化剂为四方单晶，空间群为：141/amd[141]；晶胞参数：
一种PrVO4纳米纤维光催化剂的制备方法，制备步骤如下：
(1)将摩尔比为1︰1的Pr(NO3)3·6H2O和2Na-EDTA分别溶于去离子水，再室温混合搅拌，形成溶液A；
(2)称取NH4VO3，并使Pr(NO3)3·6H2O和NH4VO3的摩尔比为1︰1，将NH4VO3溶于去离子水中，且加热搅拌至全部溶解，形成溶液B；
(3)将步骤(2)得到的溶液B倒入到步骤(1)得到的溶液A中，使二者混合，并在室温下进行磁力搅拌，搅拌时间为；
(4)将经过步骤(3)搅拌后得到的悬浊液装入具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，加去离子水使得溶液体积至反应釜容积的70％～80％，密闭反应釜，将上述的反应釜放入烘箱内，加热到180℃，并恒温反应24小时；
(5)将步骤(4)水热后的产物随炉冷却后，将产物转移至离心试管中，先后用去离子水和乙醇各清洗三遍，然后干燥和研磨即得PrVO4纳米纤维光催化剂。
优选的，上述PrVO4纳米纤维光催化剂的制备方法，所述步骤(1)中，混合搅拌时间为10min～1h。
优选的，上述PrVO4纳米纤维光催化剂的制备方法，所述步骤(3)中，搅拌时间为0.5h～1h。
优选的，上述PrVO4纳米纤维光催化剂的制备方法，所述步骤(5)中，干燥温度为60～80℃。
优选的，上述PrVO4纳米纤维光催化剂的制备方法，所述步骤(5)中，干燥时间为7h～8h。
本发明的有益效果：本发明提供一种PrVO4纳米纤维光催化剂的制备方法，以Pr(NO3)3·6H2O为镨源，2Na-EDTA为络合剂，NH4VO3为钒源，后二者共同控制整个反应体系的pH值以使其呈弱酸性(pH＝5-6)，在此条件下，VO3-缩合为V3O9 3-，再采用简单温和、环境友好的水热方法，V3O9 3-与Ce3+反应生成PrVO4；温和的反应体系为纳微米材料的生长提供了合适的环境，通过控制Pr(NO3)3·6H2O、2Na-EDTA和NH4VO3的摩尔比为1︰1︰1，从而控制所得产物为纯的四方相的PrVO4纳米晶，其直径约为30nm，长度约为500nm的纳米纤维，且粒径分布均匀；整个反应体系没有使用毒性大、危险性大的有机溶剂，反应过程无需添加表面活性剂、模板剂或其他任何有机物，没有苛刻的合成条件要求，成本低廉；合成的催化剂高效，稳定、无毒、应用广、易回收、可重复使用；
本发明所得的PrVO4纳米纤维光催化剂，颗粒分布均匀，结晶性好，由于其纤维结构材料具有比表面积大、密度低、稳定性好等特点，而光催化剂的光催化活性与催化剂的结晶度、尺寸、形貌等因素有密切关系，光催化性能测试实验证实本发明所得的PrVO4纳米纤维与块状PrVO4相比，有良好的光催化性能；实验证实合成的PrVO4纳米纤维的禁带宽度为3.1eV，在可见光和紫外光范围内均有响应，对染料亚甲基蓝在光照3小时后的降解率分别可达61.1％和79.8％。
附图说明
附图1为实施例1的PrVO4纳米纤维光催化剂的制备方法的流程示意图。
附图2为实施例1所制备PrVO4纳米纤维的XRD谱图；
附图3为实施例1所制备PrVO4纳米纤维的TEM和HRTEM图；
附图4为实施例1所制备PrVO4纳米纤维的的UV-Vis吸收光谱图；
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、实现目标效果，以下结合实施方式详予说明。
实施例1
本实施例提供一种PrVO4纳米纤维光催化剂的制备方法，制备步骤如下：
(1)将摩尔比为1︰1的Pr(NO3)3·6H2O和2Na-EDTA分别溶于去离子水，再室温混合搅拌10min～1h，形成溶液A；
(2)称取NH4VO3，并使Pr(NO3)3·6H2O和NH4VO3的摩尔比为1︰1，将NH4VO3溶于去离子水中，且加热搅拌至全部溶解，形成溶液B；
(3)将步骤(2)得到的溶液B倒入到步骤(1)得到的溶液A中，使二者混合，并在室温下进行磁力搅拌，搅拌时间为0.5h～1h；
(4)将经过步骤(3)搅拌后得到的悬浊液装入具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，加去离子水使得溶液体积至反应釜容积的70％～80％，密闭反应釜，将上述的反应釜放入烘箱内，加热到180℃，并恒温反应24小时；
(5)将步骤(4)水热后的产物随炉冷却后，将产物转移至离心试管中，先后用去离子水和乙醇各清洗三遍，然后干燥和研磨即得PrVO4纳米纤维光催化剂，其中干燥温度为60～80℃，干燥时间为7h～8h。
本实施例中，所述步骤(1)中，所述Pr(NO3)3·6H2O溶于10mL去离子水中。
本实施例中，所述步骤(1)中，所述2Na-EDTA溶于10mL去离子水中。
本实施例中，所述步骤(2)中，所述NH4VO3溶于20mL去离子水中。
本实施例中，所得的PrVO4纳米纤维光催化剂具有如下性质：(1)该PrVO4纳米纤维为四方单晶，空间群为：141/amd[141]；晶胞参数： (2)该PrVO4纳米晶形状为纤维状，其直径约为30nm，长度约为500nm。
参照附图2，本实施例中所制备PrVO4纳米纤维光催化剂的XRD谱图中所有衍射峰都可以指标为四方相的PrVO4的标准粉末衍射数据[参见Joint Committee on PowderDiffraction Standards(JCPDS),File No.17-0879]，未发现任何杂质的衍射峰，所有衍射峰都很尖锐，可见样品结晶良好。
参照附图3，图(a)显示制得的PrVO4纳米晶形貌为纤维结构，直径约为30nm，长度约为500nm，且粒径分布均匀；图(b)HRTEM图显示所得晶面间距为0.368nm，对应于所指标PrVO4的(200)晶面。
参照附图4，本实施例中所制备PrVO4纳米纤维光催化剂的UV-Vis吸收光谱图中可见所制备的PrVO4纳米纤维约在400nm处有明显的吸收，计算其禁带宽度约为3.1eV，可推测其为具有紫外和可见光响应的光催化剂。
本发明提供一种PrVO4纳米纤维光催化剂的制备方法，以Pr(NO3)3·6H2O为镨源，2Na-EDTA为络合剂，NH4VO3为钒源，后二者共同控制整个反应体系的pH值以使其呈弱酸性(pH＝5-6)，在此条件下，VO3-缩合为V3O9 3-，再采用简单温和、环境友好的水热方法，V3O9 3-与Ce3+反应生成PrVO4。温和的反应体系为纳微米材料的生长提供了合适的环境，通过控制Pr(NO3)3·6H2O、2Na-EDTA和NH4VO3的摩尔比为1︰1︰1，从而控制所得产物为纯的四方相的PrVO4纳米晶，其直径约为30nm，长度约为500nm的纳米纤维，且粒径分布均匀。整个反应体系没有使用毒性大、危险性大的有机溶剂，反应过程无需添加表面活性剂、模板剂或其他任何有机物，没有苛刻的合成条件要求，成本低廉。合成的催化剂高效，稳定、无毒、应用广、易回收、可重复使用。
本发明所得的PrVO4纳米纤维光催化剂，颗粒分布均匀，结晶性好，由于其纤维结构材料具有比表面积大、密度低、稳定性好等特点，而光催化剂的光催化活性与催化剂的结晶度、尺寸、形貌等因素有密切关系，光催化性能测试实验证实本发明所得的PrVO4纳米纤维与块状PrVO4相比，有良好的光催化性能。实验证实：合成的PrVO4纳米纤维的禁带宽度为3.1eV，在可见光和紫外光范围内均有响应，对染料亚甲基蓝在光照3小时后的降解率分别可达61.1％和79.8％。
对比例1
本对比例提供一种PrVO4纳微米材料的制备方法，制备步骤如下：
(1)将Pr(NO3)3·6H2O溶于去离子水，再室温混合搅拌10min～1h，形成溶液A1；
(2)称取NH4VO3，并使Pr(NO3)3·6H2O和NH4VO3的摩尔比为1︰1，将NH4VO3溶于去离子水中，且加热搅拌至全部溶解，形成溶液B1；
(3)将步骤(2)得到的溶液B1倒入到步骤(1)得到的溶液A1中，使二者混合，并在室温下进行磁力搅拌，搅拌时间为0.5h～1h；
(4)将经过步骤(3)搅拌后得到的悬浊液装入具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，加去离子水使得溶液体积至反应釜容积的70％～80％，密闭反应釜，将上述的反应釜放入烘箱内，加热到180℃，并恒温反应24小时；
(5)将步骤(4)水热后的产物随炉冷却后，将产物转移至离心试管中，先后用去离子水和乙醇各清洗三遍，然后干燥即得PrVO4，其中干燥温度为60～80℃，干燥时间为7h～8h。
本对比例中，所得的PrVO4分体的形貌为不规则块状混合物。
对比例2
本对比例提供一种PrVO4纳微米材料的制备方法，制备步骤如下：
(1)将摩尔比为1︰0.5的Pr(NO3)3·6H2O和2Na-EDTA分别溶于去离子水，再室温混合搅拌10min～1h，形成溶液A2；
(2)称取NH4VO3，并使Pr(NO3)3·6H2O和NH4VO3的摩尔比为1︰1，将NH4VO3溶于去离子水中，且加热搅拌至全部溶解，形成溶液B2；
(3)将步骤(2)得到的溶液B2倒入到步骤(1)得到的溶液A2中，使二者混合，并在室温下进行磁力搅拌，搅拌时间为0.5h～1h；
(4)将经过步骤(3)搅拌后得到的悬浊液装入具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，加去离子水使得溶液体积至反应釜容积的70％～80％，密闭反应釜，将上述的反应釜放入烘箱内，加热到180℃，并恒温反应24小时；
(5)将步骤(4)水热后的产物随炉冷却后，将产物转移至离心试管中，先后用去离子水和乙醇各清洗三遍，然后干燥即得PrVO4，其中干燥温度为60～80℃，干燥时间为7h～8h。
本对比例中，所得的PrVO4分体的形貌为不规则的纳微米纤维，直径为5～10μm，还有不规则的块状团聚物。
对比例3
本对比例提供一种PrVO4纳微米材料的制备方法，制备步骤如下：
(1)将摩尔比为1︰1.5的Pr(NO3)3·6H2O和2Na-EDTA分别溶于去离子水，再室温混合搅拌10min～1h，形成溶液A3；
(2)称取NH4VO3，并使Pr(NO3)3·6H2O和NH4VO3的摩尔比为1︰1，将NH4VO3溶于去离子水中，且加热搅拌至全部溶解，形成溶液B3；
(3)将步骤(2)得到的溶液B3倒入到步骤(1)得到的溶液A3中，使二者混合，并在室温下进行磁力搅拌，搅拌时间为0.5h～1h；
(4)将经过步骤(3)搅拌后得到的悬浊液装入具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，加去离子水使得溶液体积至反应釜容积的70％～80％，密闭反应釜，将上述的反应釜放入烘箱内，加热到180℃，并恒温反应24小时；
(5)将步骤(4)水热后的产物随炉冷却后，将产物转移至离心试管中，先后用去离子水和乙醇各清洗三遍，然后干燥即得PrVO4，其中干燥温度为60～80℃，干燥时间为7h～8h。
本对比例中，所得的PrVO4分体的形貌为不规则的纤维团聚物。
对比例4
本对比例提供一种PrVO4纳微米材料的制备方法，制备步骤如下：
(1)将摩尔比为1︰1的Pr(NO3)3·6H2O和NH4VO3分别溶于去离子水，再室温混合搅拌10min～1h，形成溶液A4；
(2)称取2Na-EDTA，并使Pr(NO3)3·6H2O和2Na-EDTA的摩尔比为1︰1，将2Na-EDTA溶于去离子水中，且加热搅拌至全部溶解，形成溶液B4；
(3)将步骤(2)得到的溶液B4倒入到步骤(1)得到的溶液A4中，使二者混合，并在室温下进行磁力搅拌，搅拌时间为0.5h～1h；
(4)将经过步骤(3)搅拌后得到的悬浊液装入具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，加去离子水使得溶液体积至反应釜容积的70％～80％，密闭反应釜，将上述的反应釜放入烘箱内，加热到180℃，并恒温反应24小时；
(5)将步骤(4)水热后的产物随炉冷却后，将产物转移至离心试管中，先后用去离子水和乙醇各清洗三遍，然后干燥即得PrVO4，其中干燥温度为60～80℃，干燥时间为7h～8h。
本对比例中，所得的PrVO4分体的形貌为不规则的团聚物。
根据对比例1～4和实施例1可知，为了获得形貌均匀的纤维状PrVO4纳米晶，其关键就是选择2Na-EDTA作为配位剂和模板导向剂，且控制Pr(NO3)3·6H2O、NH4VO3和2Na-EDTA的摩尔比及2Na-EDTA与金属Pr3+的混合顺序，这是本发明突出的改进点。背景技术所提到的文献中多采用了表面活性剂、有机配位剂和还原剂等，或采用冷凝回流法、超声微波辐射法，工艺复杂且没有很好的结晶性和形貌。除了本发明的技术方案，均无法得到形貌均匀的纤维状PrVO4纳米晶。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种PrVO4纳米纤维光催化剂，其特征在于，所述PrVO4形状为纤维状。
2.根据权利要求1所述的PrVO4纳米纤维光催化剂，其特征在于，所述PrVO4纳米纤维光催化剂宽度约为30nm。
3.根据权利要求1或2所述的PrVO4纳米纤维光催化剂，其特征在于，所述PrVO4纳米纤维光催化剂长度约为500nm。
4.根据权利要求1或2所述的PrVO4纳米纤维光催化剂，其特征在于，所述PrVO4纳米纤维光催化剂为四方单晶，空间群为：141/amd[141]；晶胞参数：
5.根据权利要求3所述的PrVO4纳米纤维光催化剂，其特征在于，所述PrVO4纳米纤维光催化剂为四方单晶，空间群为：141/amd[141]；晶胞参数：
6.一种PrVO4纳米纤维光催化剂的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：
(1)将摩尔比为1︰1的Pr(NO3)3·6H2O和2Na-EDTA分别溶于去离子水，再室温混合搅拌，形成溶液A；
(2)称取NH4VO3，并使Pr(NO3)3·6H2O和NH4VO3的摩尔比为1︰1，将NH4VO3溶于去离子水中，且加热搅拌至全部溶解，形成溶液B；
(3)将步骤(2)得到的溶液B倒入到步骤(1)得到的溶液A中，使二者混合，并在室温下进行磁力搅拌，搅拌时间为；
(4)将经过步骤(3)搅拌后得到的悬浊液装入具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，加去离子水使得溶液体积至反应釜容积的70％～80％，密闭反应釜，将上述的反应釜放入烘箱内，加热到180℃，并恒温反应24小时；
(5)将步骤(4)水热后的产物随炉冷却后，将产物转移至离心试管中，先后用去离子水和乙醇各清洗三遍，然后干燥和研磨即得PrVO4纳米纤维光催化剂。
7.根据权利要求6所述的PrVO4纳米纤维光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，混合搅拌时间为10min～1h。
8.根据权利要求6所述的PrVO4纳米纤维光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，搅拌时间为0.5h～1h。
9.根据权利要求6所述的PrVO4纳米纤维光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，干燥温度为60～80℃。
10.根据权利要求6所述的PrVO4纳米纤维光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，干燥时间为7h～8h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710742078.4A CN107352582A (zh) | 2017-08-25 | 2017-08-25 | 一种PrVO4纳米纤维光催化剂及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710742078.4A CN107352582A (zh) | 2017-08-25 | 2017-08-25 | 一种PrVO4纳米纤维光催化剂及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107352582A true CN107352582A (zh) | 2017-11-17 |
Family
ID=60290379
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710742078.4A Pending CN107352582A (zh) | 2017-08-25 | 2017-08-25 | 一种PrVO4纳米纤维光催化剂及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107352582A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115140771A (zh) * | 2022-04-22 | 2022-10-04 | 湖州师范学院 | 一种低温液相反应制备PrVO4纳米粉体的方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101786662A (zh) * | 2010-03-22 | 2010-07-28 | 北京化工大学 | 钒酸铈纳米棒组装体及其制备方法 |
| CN105126814A (zh) * | 2013-12-31 | 2015-12-09 | 淮南师范学院 | 一种CeVO4微米球光催化剂的制备方法 |
| CN105481012A (zh) * | 2015-12-17 | 2016-04-13 | 湖南科技大学 | 一种水热制备钒酸钕纳米棒的方法 |
| CN105502495A (zh) * | 2015-12-17 | 2016-04-20 | 湖南科技大学 | 一种水热制备钒酸钕纳米线束的方法 |
-
2017
- 2017-08-25 CN CN201710742078.4A patent/CN107352582A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101786662A (zh) * | 2010-03-22 | 2010-07-28 | 北京化工大学 | 钒酸铈纳米棒组装体及其制备方法 |
| CN105126814A (zh) * | 2013-12-31 | 2015-12-09 | 淮南师范学院 | 一种CeVO4微米球光催化剂的制备方法 |
| CN105481012A (zh) * | 2015-12-17 | 2016-04-13 | 湖南科技大学 | 一种水热制备钒酸钕纳米棒的方法 |
| CN105502495A (zh) * | 2015-12-17 | 2016-04-20 | 湖南科技大学 | 一种水热制备钒酸钕纳米线束的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 王琳琳: "稀土钒酸盐纳米晶的形貌控制合成与自组装", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115140771A (zh) * | 2022-04-22 | 2022-10-04 | 湖州师范学院 | 一种低温液相反应制备PrVO4纳米粉体的方法 |
| CN115140771B (zh) * | 2022-04-22 | 2023-11-03 | 湖州师范学院 | 一种低温液相反应制备PrVO4纳米粉体的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103691421B (zh) | 一种CeVO4微米球光催化剂及其制备方法 | |
| Li et al. | Synthesis of rhombic hierarchical YF 3 nanocrystals and their use as upconversion photocatalysts after TiO 2 coating | |
| CN101717116B (zh) | 一种制备花状BiVO4的表面活性剂辅助醇-水热法 | |
| Chang et al. | Preparation of Fe 3 O 4/TiO 2 magnetic photocatalyst for photocatalytic degradation of phenol | |
| CN104973615B (zh) | 一种纳米氧化钆粉体的微波燃烧制备方法 | |
| CN104031647B (zh) | 一种圆饼状铕掺杂钒酸镧红色荧光粉的制备方法 | |
| He et al. | Luminescence properties of Eu3+/CDs/PVA composite applied in light conversion film | |
| CN105032397A (zh) | 一种利用淀粉自蔓延燃烧合成钒酸铋光催化剂的方法 | |
| CN102795664B (zh) | 一种粒径可控的介孔二氧化钛微球的制备方法 | |
| CN106811832A (zh) | 一种珠帘状BiFeO3微纳米纤维的制备方法及所得产品 | |
| CN102502821B (zh) | 一种制备球状或空心球状BiVO4的混合有机溶剂热法 | |
| Chen et al. | Facile immobilization of LnVO4 (Ln= Ce, Nd, Gd) on silica fiber via a combined alcohol-thermal and carbon nanofibers template route | |
| CN107352582A (zh) | 一种PrVO4纳米纤维光催化剂及其制备方法 | |
| CN103833073B (zh) | 单分散光滑表面非晶二氧化钛纳米球的制备方法 | |
| Gao et al. | Synthesis and luminescent properties of uniform monodisperse LuPO4: Eu3+/Tb3+ hollow microspheres | |
| Wang et al. | Single-hole hollow tetragonal LaVO4: Eu3+ microspheres prepared by Ostwald ripening and their luminescence property | |
| CN105712401A (zh) | 钒酸钙微米球材料及其制备方法和应用 | |
| CN105858707B (zh) | 一种Sm2O3纳米晶的制备方法 | |
| CN108640144A (zh) | 一种氧化钇双级纳米球及其制备方法 | |
| Tianhao et al. | Preparation and characterization of upconversion nanocomposite for β-NaYF4: Yb3+, Er3+-supported TiO2 nanobelts | |
| CN106587151A (zh) | 用微波/超声波耦合反应液相法制备钨/氟共掺杂二氧化钒粉体的方法 | |
| CN102583570A (zh) | 一种微波水热法合成三斜相FeVO4粉体的方法 | |
| Dong et al. | Fabrication and characterization of ZnS hollow nanostructures in micelle system | |
| Gao et al. | Uniform and Well-Dispersed LuBO3 Hollow Microspheres: Synthesis, Formation and Photoluminescence Properties | |
| Li et al. | Impinging streams application in mass production of rare earth ions doped upconversion luminescence microparticles |
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 | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20171117 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |