CN111701584A - 一种光催化材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本申请属于光催化材料的技术领域,尤其涉及一种光催化材料及其制备方法和应用。本申请提供了一种光催化材料的制备方法,包括以下步骤:步骤1、将碳纳米管、钒酸盐、高分子化合物和酸碱调节剂混合,得到第一混合物,所述第一混合物的pH值大于等于7;步骤2、将所述第一混合物与铋酸盐混合,得到第二混合物;步骤3、调节所述第二混合物的pH值为小于等于7,得到第三混合物;步骤4、将所述第三混合物进行水热反应,制得光催化材料。本申请提供的一种光催化材料及其制备方法和应用,能有效解决现有光催化材料存在光生电子‑空穴对的复合率高、光利用率低,光催化性能差的技术问题。
Description
技术领域
本申请属于光催化材料的技术领域,尤其涉及一种光催化材料及其制备方法和应用。
背景技术
光催化氧化是一种高效、实用、无二次污染的高级氧化技术,在有机污染废水、难降解废水领域具有广泛的应用前景。改性的光催化材料通过其本身光催化产生羟基自由基·OH、活性氧·O2 -等活性自由基的能力来去除水体中的有机污染物及微生物,已成为近年来污水处理领域的研究热点。
然而,传统的光催化材料还存在光生电子-空穴对的复合率高、光利用率低、吸附性差等缺陷。因此,寻找一种光生电子-空穴对的复合率低、光利用率高,光催化性能好的光催化材料是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此,本申请提供了一种光催化材料及其制备方法和应用,能有效解决现有光催化材料存在光生电子-空穴对的复合率高、光利用率低,光催化性能差的技术问题。
本申请第一方面提供了一种光催化材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、将碳纳米管、钒酸盐、高分子化合物和酸碱调节剂混合,得到第一混合物,所述第一混合物的pH值大于7;
步骤2、将所述第一混合物与铋酸盐混合,得到第二混合物;
步骤3、调节所述第二混合物的pH值为小于等于7,得到第三混合物;
步骤4、将所述第三混合物进行水热反应,制得光催化材料。
作为优选,步骤3中,调节所述第二混合物的pH值为1。
作为优选,步骤1中,所述碳纳米管为碳纳米管与酸溶液混合处理后的碳纳米管。
其中,步骤1中,碳纳米管为多壁碳纳米管,多壁碳纳米管为商用多壁碳纳米管;多壁碳纳米管的长度为10μm~20μm,多壁碳纳米管的管径大于50nm。
其中,步骤1中,碳纳米管与酸溶液混合处理中所用的酸溶液为盐酸及硝酸的混合溶液,混合的优选体积比为3:1。
其中,步骤1中,碳纳米管与酸溶液混合处理为碳纳米管浸泡在酸溶液进行超声处理,超声浸泡时间大于6小时。
作为优选,步骤1中,所述钒酸盐选自偏钒酸铵或/和偏钒酸钠。
作为优选,步骤1中,所述高分子化合物选自聚乙烯吡咯烷酮;所述酸碱调节剂选自氢氧化钠水溶液或/和氨水。
更为优选,所述聚乙烯吡咯烷酮相对分子量为30000。
作为优选,步骤1中,所述氢氧化钠水溶液的浓度为6-9%;
所述偏钒酸铵与所述氢氧化钠水溶液的质量比为(0.2-0.4):(1);
所述聚乙烯吡咯烷酮与所述氢氧化钠水溶液的质量比为(0.015-0.030):(1);
所述碳纳米管与所述氢氧化钠水溶液的质量比为(0.005-0.008):(1)。
更为优选,所述氢氧化钠水溶液浓度为7.4%;所述偏钒酸铵与所述氢氧化钠水溶液的质量比为0.217:1;所述聚乙烯吡咯烷酮与所述氢氧化钠水溶液的质量比0.019:1;所述碳纳米管与氢氧化钠溶液的质量比为0.006:1;步骤1中,所述混合的时间为30min。
作为优选,所述第一混合物与所述铋酸盐的体积比为1:9-10。
更为优选,将碳纳米管、偏钒酸铵、聚乙烯吡咯烷酮和氢氧化钠水溶液混合,得到第一混合物;铋酸盐为五水合硝酸铋酸性溶液,五水合硝酸铋酸性溶液的制备方法为将五水合硝酸铋溶解于硝酸水溶液(硝酸水溶液浓度为12.5%)中,混合得到五水合硝酸铋酸性溶液,其中,五水合硝酸铋与硝酸水溶液的质量比为0.108:1,所述五水合硝酸铋酸性溶液与所述第一混合物的体积比为9:1。
作为优选,步骤2中,所述铋酸盐选自五水合硝酸铋或/和硝酸铋。
更为优选,将碳纳米管、偏钒酸铵、聚乙烯吡咯烷酮和氢氧化钠水溶液混合,得到第一混合物;铋酸盐为五水合硝酸铋酸性溶液,五水合硝酸铋酸性溶液的制备方法为将五水合硝酸铋溶解于硝酸水溶液(硝酸水溶液浓度为12.5%)中,混合得到五水合硝酸铋酸性溶液,其中,五水合硝酸铋与硝酸水溶液的质量比为0.108:1,混合搅拌时间为30分钟。
更为优选,步骤3中,调节所述第二混合物的pH值所用的酸碱调节剂为氢氧化钠水溶液,氢氧化钠水溶液的浓度为24%。
作为优选,步骤4中,所述水热反应的温度为160℃-200℃;所述水热反应的时间为300-480min。
更为优选,步骤4中,所述水热反应的温度为180℃,所述水热反应的时间为6h。
更为优选,还包括对步骤4制得的光催化材料进行洗涤和烘干,利用无水乙醇和去离子水进行多次洗涤,最后将滤渣置于80℃烘箱至烘干。
本申请第二方面提供了一种光催化材料,包括上述制备方法制得的光催化材料。
本申请第三方面提供了上述制备方法制得的光催化材料或上述光催化材料在分解污染物或/和微生物中的应用。
具体的,本申请上述制备方法制得的光催化材料或上述光催化材料在杀灭细菌中的应用。
具体的,所述细菌为耐药志贺氏菌。
本发明提供了一种光催化材料及其制备方法和应用,本申请的光催化材料为光多壁碳纳米管/钒酸铋,其制备方法包括以下步骤:采用碳纳米管对钒酸铋进行掺杂改性,并通过调节水热反应下的pH值来提供钒酸铋生成单斜相及四方相混合晶型的环境,通过pH调节生成单斜相及四方相混合晶型结构,利用水热反应釜提供高温高压环境,最终得到光催化材料,光催化材料为粉末状结构。本申请制备方法增加了光催化纳米材料的吸附性能,增加有机污染物吸附位点;同时,本申请制备方法有效制备出单斜相及四方相钒酸铋的混合晶型,构建了单斜相钒酸铋-四方相钒酸铋-多壁碳纳米管异质结,有效提高了光催化纳米纤维材料产生·OH、·O2 -的能力,降低了光生电子-空穴对的复合率,极大提高了光催化纳米材料的光催化效率。实验结果表明,采用本申请制备方法制备得到的光催化材料光催化性能高,能够高效地去除分解水体中的污染物及微生物。本申请的光催化材料催化效应强来自材料本身多壁碳纳米管(MWCNT)、单斜相钒酸铋(m-BiVO4)以及四方相钒酸铋(t-BiVO4)这三相构成的异质结引起光催化中光生电子及光生空穴的有效迁移及分离,促进自由基的形成而提高催化性能;此外,本申请的光催化材料能有效去除水体中抗生素等污染物外,对于去除水体中的细菌具有很好的杀灭效果。
本申请的方法通过多壁碳纳米管对钒酸铋进行改性,极大提高了光催化材料的光催化效率;同时调节水热反应条件的pH值,构建良好形貌及单斜相钒酸铋和四方相钒酸铋的异质结,提高光催化性能,有效去除水体中抗生素等污染物;而且还具有杀灭细菌的作用。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本申请实施例1中提供的一种光催化粉末材料的制备流程图;
图2为本申请实施例1中提供的一种光催化材料的扫描电镜图;
图3为本发明实施例1中提供的一种光催化材料的XRD图谱;
图4为本发明实施例1中提供的一种光催化粉末材料的透射电镜图,其中,图4a为透射电镜总图,图4b,图4c,图4d,图4e,图4f和图4g为图4a透射电镜总图各个位置的局部放大图;
图5为本申请提供的实施例1,实施例2,实施例3、实施例4和对比例1制备得到的产品对耐药志贺氏菌生长影响结果图;
图6为本申请提供的实施例1的光催化材料光催化0min、30min和150min下志贺氏菌的形貌变化;
图7为本申请实施例1~实施例4和对比例1制得的产品的XRD谱图;
图8为本申请实施例1和对比例2制得的产品对志贺氏菌的杀菌对比图。
具体实施方式
本申请提供了一种光催化材料及其制备方法和应用,用于解决现有技术的光催化材料存在光生电子-空穴对的复合率高、光利用率低,光催化性能差的技术缺陷。
本申请提供了一种光催化材料及其制备方法,包括以下步骤:
a)将多壁碳纳米管置于混合酸溶液中超声浸泡,得到预处理后的多壁碳纳米管;
b)将五水合硝酸铋溶解于硝酸水溶液中,得到五水合硝酸铋酸性溶液;
c)将偏钒酸铵及聚乙烯吡咯烷酮溶解于氢氧化钠溶液中,同时将预处理后的多壁碳纳米管混合搅拌,得到偏钒酸铵/多壁碳纳米管碱性混合液;
d)将五水合硝酸铋酸性溶液及偏钒酸铵/多壁碳纳米管碱性混合液混合搅拌,得到多壁碳纳米管/钒酸铋悬浮液;
e)调节多壁碳纳米管/钒酸铋悬浮液pH值。利用高压水热反应釜水热处理多壁碳纳米管/钒酸铋悬浮液,然后自然冷却至常温;
f)将多壁碳纳米管/钒酸铋悬浮液过滤烘干,得到光催化材料。
本发明实施例中:
步骤a)混合酸溶液为盐酸及硝酸的混合溶液,混合的优选体积比为3:1;
步骤a)超声浸泡时间大于6小时;
步骤a)多壁碳纳米管为商用多壁碳纳米管;多壁碳纳米管的长度为10μm~20μm,多壁碳纳米管的管径大于50nm。
步骤b)硝酸水溶液浓度为12.5%;
步骤b)五水合硝酸铋与硝酸水溶液的质量比为0.108:1;
步骤b)搅拌时间为30分钟;
步骤c)所氢氧化钠溶液浓度为7.4%;
步骤c)偏钒酸铵与氢氧化钠溶液的质量比为0.217:1;
步骤c)聚乙烯吡咯烷酮相对分子量为30000;
步骤c)聚乙烯吡咯烷酮与氢氧化钠溶液的质量比0.019:1;
步骤c)多壁碳纳米管与氢氧化钠溶液的质量比为0.006:1;
步骤c)搅拌时间为30分钟;
步骤d)五水合硝酸铋酸性溶液、和偏钒酸铵/多壁碳纳米管碱性混合液混合体积比为9:1;
步骤d)搅拌时间为30分钟;
步骤e)调节多壁碳纳米管/钒酸铋悬浮液pH值为利用24%氢氧化钠溶液调节pH值至1;
步骤e)利用高压水热反应釜水热处理温度为180℃;
步骤e)利用高压水热反应釜水热处理时间为6小时;
步骤f)烘干温度为80℃。
下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
其中,以下实施例所用原料和试剂均为市售或自制;多壁碳纳米管(MWCNTs)、硝酸(HNO3)、盐酸(HCl)、氢氧化钠(NaOH)聚乙烯吡咯烷酮(polyvinyl pyrrolidone,PVP)、五水合硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)和偏钒酸铵(NH4VO3)均为市售产品。
实施例1
本申请实施例提供的一种光催化材料,请参阅图1,为本申请实施例1中提供的一种光催化粉末材料的制备流程图,包括以下步骤:
1、取2g长度为10μm~20μm、管径大于50nm的多壁碳纳米管(下述简称为MWCNTs)置于40mL的HCl和HNO3体积比为3:1的混合酸溶液中(30mL盐酸与10mL硝酸混合而成),置于超声波清洗仪器中超声浸泡6h,过滤取出固体物质,反复冲洗和烘干,得到预处理的MWCNTs;
2、取5mL HNO3与40mL去离子水中制得稀硝酸,加入4.85g Bi(NO3)3·5H2O,搅拌30min,得到Bi(NO3)3·5H2O酸性溶液;
3、取5mL 2mol/L NaOH溶液,依次加入1.17g NH4VO3,0.03g预处理的MWCNTs和0.1g聚乙烯吡咯烷酮PVP,搅拌30min,得到NH4VO3/MWCNT碱性混合液;
4、将得到的Bi(NO3)3·5H2O酸性溶液和NH4VO3/MWCNT碱性混合液混匀,搅拌30min,得到MWCNT/BiVO4悬浮液;
5、利用6mol/L的NaOH溶液,逐渐滴加至MWCNT/BiVO4悬浮液,调节MWCNT/BiVO4悬浮液pH值至1;
6、将MWCNT/BiVO4悬浮液转移至100mL容量的高压水热反应釜中,置于烘箱,在180℃条件下恒温水热处理反应6h,之后在烘箱中自然冷却至常温;
7、对MWCNT/BiVO4悬浮液进行过滤得到滤渣,利用无水乙醇和去离子水多次洗涤,最后将滤渣置于80℃烘箱至烘干,得到水热条件在pH=1条件下制备的光催化材料MWCNT/BiVO4粉末。
8、对光催化材料MWCNT/BiVO4粉末进行检测,结果如图2~图4所示。请参阅图2,图2为本申请实施例1中提供的一种光催化材料的扫描电镜图,图2表明本申请实施例制得的MWCNT/BiVO4粉末的碳纳米管与钒酸铋相互掺杂。请参阅图3,图3为本发明实施例1中提供的一种光催化材料的XRD图谱,将图3的谱峰与JCPDS卡片(卡片编号:JCPDS card no.14-0688及JCPDS card no.14-0133)比对,结果表明本申请光催化粉末材料中的BiVO4以单斜相晶相(图中用*表明其特征峰位置),同时也存在四方相晶相(图中用·表明其特征峰位置)。请参阅图4,图4为本发明实施例1中提供的一种光催化粉末材料的透射电镜图,其中,图4a为透射电镜总图,图4b,图4c,图4d,图4e,图4f和图4g为图4a透射电镜总图各个位置的局部放大图。图4表明BiVO4与MWCNT相互缠绕,同时在一个BiVO4颗粒中存在两种晶格条纹表明BiVO4为单斜相晶相和四方相晶相,表明粉末材料存在单斜相BiVO4,四方相BiVO4,MWCNT之间存在异质结结构。
实施例2
本实施例提供了一种光催化材料的制备方法,包括以下步骤:
1、取2g长度为10μm~20μm、管径大于50nm的MWCNTs置于40mL的HCl和HNO3体积比为3:1的混合酸溶液中(30mL盐酸与10mL硝酸混合而成),置于超声波清洗仪器中超声浸泡6h,过滤取出固体物质,反复冲洗和烘干,得到预处理的MWCNTs;
2、取5mL HNO3与40mL去离子水中制得稀硝酸,加入4.85g Bi(NO3)3·5H2O,搅拌30min,得到Bi(NO3)3·5H2O酸性溶液;
3、取5mL 2mol/L NaOH溶液,依次加入1.17g NH4VO3,0.03g预处理的MWCNTs和0.1gPVP,搅拌30min,得到NH4VO3/MWCNT碱性混合液;
4、将得到的Bi(NO3)3·5H2O酸性溶液和NH4VO3/MWCNT碱性混合液混匀,搅拌30min,得到MWCNT/BiVO4悬浮液;
5、利用6mol/L的NaOH溶液,逐渐滴加至MWCNT/BiVO4悬浮液,调节MWCNT/BiVO4悬浮液pH值至3;
6、将MWCNT/BiVO4悬浮液转移至100mL容量的高压水热反应釜中,置于烘箱,在180℃条件下恒温水热处理反应6h,之后在烘箱中自然冷却至常温;
7、对MWCNT/BiVO4悬浮液进行过滤得到滤渣,利用无水乙醇和去离子水多次洗涤,最后将滤渣置于80℃烘箱至烘干,得到水热条件在pH=3条件下制备的光催化材料MWCNT/BiVO4粉末。
实施例3
本实施例提供了一种光催化材料的制备方法,包括以下步骤:
1、取2g长度为10μm~20μm、管径大于50nm的MWCNTs置于40mL的HCl和HNO3体积比为3:1的混合酸溶液中(30mL盐酸与10mL硝酸混合而成),置于超声波清洗仪器中超声浸泡6h,过滤取出固体物质,反复冲洗和烘干,得到预处理的MWCNTs;
2、取5mL HNO3与40mL去离子水中制得稀硝酸,加入4.85g Bi(NO3)3·5H2O,搅拌30min,得到Bi(NO3)3·5H2O酸性溶液;
3、取5mL 2mol/L NaOH溶液,依次加入1.17g NH4VO3,0.03g预处理的MWCNTs和0.1g PVP,搅拌30min,得到NH4VO3/MWCNT碱性混合液;
4、将得到的Bi(NO3)3·5H2O酸性溶液和NH4VO3/MWCNT碱性混合液混匀,搅拌30min,得到MWCNT/BiVO4悬浮液;
5、利用6mol/L的NaOH溶液,逐渐滴加至MWCNT/BiVO4悬浮液,调节MWCNT/BiVO4悬浮液pH值至5;
6、将MWCNT/BiVO4悬浮液转移至100mL容量的高压水热反应釜中,置于烘箱,在180℃条件下恒温水热处理反应6h,之后在烘箱中自然冷却至常温;
7、对MWCNT/BiVO4悬浮液进行过滤得到滤渣,利用无水乙醇和去离子水多次洗涤,最后将滤渣置于80℃烘箱至烘干,得到水热条件在pH=5条件下制备的光催化材料MWCNT/BiVO4粉末。
实施例4
本实施例提供了一种光催化材料的制备方法,包括以下步骤:
1、取2g长度为10μm~20μm、管径大于50nm的MWCNTs置于40mL的HCl和HNO3体积比为3:1的混合酸溶液中(30mL盐酸与10mL硝酸混合而成),置于超声波清洗仪器中超声浸泡6h,过滤取出固体物质,反复冲洗和烘干,得到预处理的MWCNTs;
2、取5mL HNO3与40mL去离子水中制得稀硝酸,加入4.85g Bi(NO3)3·5H2O,搅拌30min,得到Bi(NO3)3·5H2O酸性溶液;
3、取5mL 2mol/L NaOH溶液,依次加入1.17g NH4VO3,0.03g预处理的MWCNTs和0.1gPVP,搅拌30min,得到NH4VO3/MWCNT碱性混合液;
4、将得到的Bi(NO3)3·5H2O酸性溶液和NH4VO3/MWCNT碱性混合液混匀,搅拌30min,得到MWCNT/BiVO4悬浮液;
5、利用6mol/L的NaOH溶液,逐渐滴加至MWCNT/BiVO4悬浮液,调节MWCNT/BiVO4悬浮液pH值至7;
6、将MWCNT/BiVO4悬浮液转移至100mL容量的高压水热反应釜中,置于烘箱,在180℃条件下恒温水热处理反应6h,之后在烘箱中自然冷却至常温;
7、对MWCNT/BiVO4悬浮液进行过滤得到滤渣,利用无水乙醇和去离子水多次洗涤,最后将滤渣置于80℃烘箱至烘干,得到水热条件在pH=7条件下制备的光催化材料MWCNT/BiVO4粉末。
对比例1
本对比例提供了一种不添加MWCNTs的粉末材料的制备方法,包括以下步骤:
1、取5mL HNO3与40mL去离子水中制得稀硝酸,加入4.85g Bi(NO3)3·5H2O,搅拌30min,得到Bi(NO3)3·5H2O酸性溶液;
2、取5mL 2mol/L NaOH溶液,依次加入1.17g NH4VO3,0.03g预处理的MWCNTs,搅拌30min,得到NH4VO3碱性混合液;
3、将得到的Bi(NO3)3·5H2O酸性溶液和NH4VO3碱性混合液混匀,搅拌30min,得到BiVO4悬浮液;
4、利用6mol/L的NaOH溶液,逐渐滴加至BiVO4悬浮液,调节BiVO4悬浮液pH值至1;
5、将BiVO4悬浮液转移至100mL容量的高压水热反应釜中,置于烘箱,在180℃条件下恒温水热处理反应6h,之后在烘箱中自然冷却至常温;
6、对BiVO4悬浮液进行过滤得到滤渣,利用无水乙醇和去离子水多次洗涤,最后将滤渣置于80℃烘箱至烘干,得到水热条件在pH=1条件下制备的粉末材料BiVO4粉末。
实施例5
本实施例对实施例1,实施例2,实施例3、实施例4和对比例1制备得到的产品进行杀菌处理,具体步骤如下:
1、将实施例1,实施例2,实施例3、实施例4和对比例1制备得到的产品各取0.15g至250mL烧杯中,加入100mL浓度约为1×107CFU/mL的耐药志贺氏菌生理盐水悬浊液得到对应的催化材料-耐药志贺氏悬液反应体系;
2、分别将步骤1的催化材料-耐药志贺氏悬液反应体系放置于氙灯光源光照下搅拌进行光催化实验,期间每隔30min取一次样,利用10mL无菌洁净的离心管保存悬液样品放置在4℃冰箱中保存;
3、将悬液样品按照一定梯度浓度进行稀释,利用稀释涂布平板法将样品均匀涂布于营养肉汤固体培养基上,并放置于37℃培养箱中培养24h。
4、取出培养基,对培养基中的菌落进行计数,记录有效菌落数据。
实施例1,实施例2,实施例3、实施例4和对比例1制备得到的产品对微生物的杀灭测定结果请参阅图5,图5为本申请提供的实施例1,实施例2,实施例3、实施例4和对比例1制备得到的产品对耐药志贺氏菌生长影响结果图。结果表明,本申请实施例1的光催化材料能在180min内将耐药志贺氏菌全部灭活。因此,本发明光催化粉末材料的光催化性能好,杀菌效果优秀。
实施例6
本实施例对实施例1制备得到的光催化材料进行杀菌处理,检测菌液中志贺氏菌的形貌,具体步骤如下:
1、将实施例1制备得到的光催化材料取0.15g至250mL烧杯中,加入100mL浓度约为1×107CFU/mL的耐药志贺氏菌生理盐水悬浊液得到催化材料-耐药志贺氏悬液反应体系;
2、将步骤1的催化材料-耐药志贺氏悬液反应体系放置于氙灯光源光照下搅拌进行光催化实验,每隔0min、30min和150min取一次样,电镜观察志贺氏菌的形貌变化,电镜结果如图6所示。图6为本申请提供的实施例1的光催化材料光催化0min、30min和150min下志贺氏菌的形貌变化。
结果表明,通过本申请实施例1的光催化材料的光催化作用下,0min情况下志贺氏菌具有较好的细胞形貌;反应30min后志贺氏菌细胞壁出现了塌陷,细胞结构出现变化;在反应150min后,志贺氏菌的细菌结构已得到全面破坏。
实施例7
本实施例提供了对实施例1~实施例4中不同pH值制得不同光催化材料MWCNT/BiVO4粉末以及对比例1制得的BiVO4粉末的晶型和晶相分析,具体步骤如下:
1、对实施例1~实施例4中不同pH值制得不同光催化材料MWCNT/BiVO4粉末以及对比例1制得的BiVO4粉末进行XRD检测,结果如图7所示。图7为本申请实施例1~实施例4和对比例1制得的产品的XRD谱图,其中,*表示单斜相BiVO4的特征峰;·表示四方相BiVO4的特征峰,其中(-121)为单斜相BiVO4的最强特征衍射峰,(200)为四方相BiVO4的最强特征衍射峰。
2、计算实施例1~实施例4中不同pH值制得不同光催化材料MWCNT/BiVO4粉末以及对比例1制得的BiVO4粉末的晶型和晶相,通过公式计算得到,公式为:
其中各符号代表:
X——X晶相的比例
Ix——X晶相的最强特征衍射峰强度
Iy——Y晶相的最强特征衍射峰强度。结果如表1所述。
表1 实施例1~实施例4和对比例1制得的产品存在晶型及晶相所占百分比
可见,图7和表1可知,不同pH值处理得到的光催化材料MWCNT/BiVO4粉末具有不同的晶型。实施例1中pH=1制备的MWCNT/BiVO4粉末存在单斜相和四方相晶型,同时对比其他材料,其实施例1的pH=1制备的MWCNT/BiVO4粉末以单斜相晶相为主,存在四方相BiVO4及MWCNTs的掺杂,对比图5的结果,发现pH=1的水热条件制备的粉末材料具有最优秀的杀菌效果。
对比例2
本对比例提供了一种不采用水热反应,通过静电纺丝技术制得的MWCNT/BiVO4纤维材料与本申请实施例1的制得的MWCNT/BiVO4粉末材料性能比对,具体步骤如下:
1、取2g长度为10μm~20μm、管径大于50nm的多壁碳纳米管(下述简称为MWCNTs)置于40mL的HCl和HNO3体积比为3:1的混合酸溶液中(30mL盐酸与10mL硝酸混合而成),置于超声波清洗仪器中超声浸泡6h,过滤取出固体物质,反复冲洗和烘干,得到预处理的MWCNTs;
2、取5mL HNO3与25mL去离子水中制得稀硝酸,加入4.85g Bi(NO3)3·5H2O和1.17gNH4VO3,搅拌30min后,分多次加入30g的PVP,搅拌7h至形成均匀的BiVO4溶胶;
3、取66g的BiVO4溶胶,加入0.3g预处理的MWCNTs,搅拌2h至溶胶体系均匀,在超声30min,得到MWCNTs/BiVO4溶胶;
4、将MWCNTs/BiVO4溶胶置于针筒注射器中,接上喷丝头,将针筒注射器固定与静电纺丝机的推注装置中,进行纺丝;
5、得到MWCNTs/BiVO4纺丝体,将其置于马弗炉升温温度为2℃/min,在400℃环境下煅烧2h,得到光催化纳米纤维材料;
6、分别取0.15g本申请实施例1制得的MWCNT/BiVO4粉末材料和本申请对比例2制得的MWCNT/BiVO4纤维材料至250mL烧杯中,加入100mL浓度约为1×107CFU/mL的耐药志贺氏菌生理盐水悬浊液得到对应的催化材料-耐药志贺氏悬液反应体系;
7、分别将步骤6的催化材料-耐药志贺氏悬液反应体系放置于氙灯光源光照下搅拌进行光催化实验,期间每隔30min取一次样,利用10mL无菌洁净的离心管保存悬液样品放置在4℃冰箱中保存,分别计算悬液样品的志贺氏菌的密度,结果如表2和图8所述。图8为本申请实施例1和对比例2制得的产品对志贺氏菌的杀菌对比图。
表2
图8和表1数据可知,由图可知,本申请实施例1制得的光催化材料MWCNT/BiVO4粉末材料具有优秀的杀菌效果,而对于对比例2制得的MWCNT/BiVO4纤维材料基本对细菌不具备杀灭作用。
以上所述仅是本申请的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种光催化材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、将碳纳米管、钒酸盐、高分子化合物和酸碱调节剂混合,得到第一混合物,所述第一混合物的pH值大于7;
步骤2、将所述第一混合物与铋酸盐混合,得到第二混合物;
步骤3、调节所述第二混合物的pH值为小于等于7,得到第三混合物;
步骤4、将所述第三混合物进行水热反应,制得光催化材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤1中,所述碳纳米管为碳纳米管与酸溶液混合处理后的碳纳米管。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤1中,所述钒酸盐选自偏钒酸铵或/和偏钒酸钠。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,步骤1中,所述高分子化合物选自聚乙烯吡咯烷酮;所述酸碱调节剂选自氢氧化钠水溶液或/和氨水。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,步骤1中,所述氢氧化钠水溶液的浓度为6-9%;
所述偏钒酸铵与所述氢氧化钠水溶液的质量比为(0.2-0.4):(1);
所述聚乙烯吡咯烷酮与所述氢氧化钠水溶液的质量比为(0.015-0.030):(1);
所述碳纳米管与所述氢氧化钠水溶液的质量比为(0.005-0.008):(1)。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤2中,所述第一混合物与所述铋酸盐的体积比为1:(9-10)。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤2中,所述铋酸盐选自五水合硝酸铋或/和硝酸铋。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤4中,所述水热反应的温度为160℃-200℃;所述水热反应的时间为300-480min。
9.一种光催化材料,其特征在于,包括权利要求1至8任意一项所述的制备方法制得的光催化材料。
10.权利要求1至8任意一项所述的制备方法制得的光催化材料或权利要求9所述的光催化材料在分解污染物或/和微生物中的应用。
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2020
- 2020-06-29 CN CN202010602970.4A patent/CN111701584B/zh active Active
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