CN112058257B - 稀土Tb掺杂钒酸铋的光催化剂及其制备方法 - Google Patents
稀土Tb掺杂钒酸铋的光催化剂及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112058257B CN112058257B CN202011065359.9A CN202011065359A CN112058257B CN 112058257 B CN112058257 B CN 112058257B CN 202011065359 A CN202011065359 A CN 202011065359A CN 112058257 B CN112058257 B CN 112058257B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- bismuth vanadate
- solution
- rare earth
- terbium
- bivo
- 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.)
- Active
Links
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 58
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 58
- LSGOVYNHVSXFFJ-UHFFFAOYSA-N vanadate(3-) Chemical compound [O-][V]([O-])([O-])=O LSGOVYNHVSXFFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 58
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 26
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 title claims abstract description 24
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 27
- GFISHBQNVWAVFU-UHFFFAOYSA-K terbium(iii) chloride Chemical compound Cl[Tb](Cl)Cl GFISHBQNVWAVFU-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 16
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims abstract description 10
- UNTBPXHCXVWYOI-UHFFFAOYSA-O azanium;oxido(dioxo)vanadium Chemical compound [NH4+].[O-][V](=O)=O UNTBPXHCXVWYOI-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims abstract description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 8
- FBXVOTBTGXARNA-UHFFFAOYSA-N bismuth;trinitrate;pentahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.[Bi+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O FBXVOTBTGXARNA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims abstract description 3
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 18
- GZCRRIHWUXGPOV-UHFFFAOYSA-N terbium atom Chemical compound [Tb] GZCRRIHWUXGPOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- BWOROQSFKKODDR-UHFFFAOYSA-N oxobismuth;hydrochloride Chemical compound Cl.[Bi]=O BWOROQSFKKODDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 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 claims description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 8
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims 1
- 238000001782 photodegradation Methods 0.000 abstract description 5
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 abstract description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 37
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 16
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 13
- 229940073609 bismuth oxychloride Drugs 0.000 description 9
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 9
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 9
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 6
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 6
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 5
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 5
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 3
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 3
- PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N rhodamine B Chemical compound [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(N(CC)CC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229940043267 rhodamine b Drugs 0.000 description 3
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000001603 reducing effect Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- 229910002915 BiVO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 238000003921 particle size analysis Methods 0.000 description 1
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000012916 structural analysis Methods 0.000 description 1
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052845 zircon Inorganic materials 0.000 description 1
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
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
- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
- Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种稀土Tb掺杂钒酸铋的光催化剂及其制备方法，将五水合硝酸铋溶解在硝酸溶液中得到溶液A；将偏钒酸铵溶解到氢氧化钠溶液中得到溶液B；将溶液A缓慢滴加到溶液B中，搅拌均匀，得到钒酸铋悬浮液；将氯化铽溶液滴加到钒酸铋悬浮液中得到掺铽钒酸铋悬浮液，持续搅拌后用氢氧化钠溶液调节pH至6，80‑90℃水浴至少1h，冷却抽滤得到沉淀物，烘干后在480‑520℃煅烧至少4h，冷却后研磨成粉末，得到稀土Tb掺杂钒酸铋的光催化剂。本发明的稀土Tb掺杂钒酸铋的光催化剂的光降解效率高达99％，采用液相沉淀法，制备方法简单温和。
Description
技术领域
本发明涉及钒酸铋光催化剂，更具体地，本发明涉及稀土Tb掺杂钒酸铋的光催化剂及其制备方法。
背景技术
钒酸铋(BiVO4)是一种具有可见光活性的新型半导体光催化剂，能够直接利用太阳光来彻底降解有机污染物，被广泛用于水中有机污染物的光催化降解研究。钒酸铋存在比表面积小、吸附性能差以及光生电子易复合等降低光催化活性的缺点，通过钒酸铋的改性可以提高光催化活性。
钒酸铋主要有三种晶体类型：单斜白钨矿型(m相)，四方锆石型(z-t相)和四方白钨矿型(s-t相)，虽然三种晶相存在比较相近的晶相结构，但是光催化效果却差别很大。这主要是由于禁带宽度和畸变现象造成的。现有的研究显示，对于纯钒酸铋光催化剂来说，光催化活性最好以及热力学上最稳定的晶相结构是单斜白钨矿型的钒酸铋样品。
氧化性物质与还原性物质容易聚集而发生氧化还原反应，因此具有强氧化性的空穴和强还原性的光生电子容易发生复合，在以热能或荧光等形式释放能量时对光催化反应起阻碍作用，从而降低了BiVO4在可见光下降解有机污染物的能力。离子掺杂可在一定程度上抑制光生载流子在半导体内部的复合，提高光催化活性。
CN105148899A公开了一种具有上转换特性的稀土共掺杂BiVO4光催化剂及其制备方法和应用，采用微波水热法共掺杂，将两种稀土元素掺杂到BiVO4光催化剂中，改善了纯相BiVO4粉体的光催化效率，达到52％-96％。
虽然上述技术方案一定程度上改善了BiVO4粉体的光催化效率，但是方法较复杂，只有当制备成纳米棒状共掺杂BiVO4光催化剂才能够在模拟太阳光照射120min后对罗丹明B的降解率达到96％，其他方案的催化效率有待进一步提高。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种稀土Tb掺杂钒酸铋的光催化剂及其制备方法，该制备方法简单，且所得稀土Tb掺杂钒酸铋的光催化剂催化效率可达99％。
为解决上述的技术问题，本发明的一种实施方式采用以下技术方案：
一种稀土Tb掺杂钒酸铋的光催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将五水合硝酸铋溶解在硝酸溶液中得到溶液A；将偏钒酸铵溶解到氢氧化钠溶液中得到溶液B；
(2)将溶液A缓慢滴加到溶液B中，搅拌均匀，液体逐渐变成浓黄色浊液，即为钒酸铋悬浮液；
(3)将氯化铽粉末溶于去离子水中得到氯化铽溶液，将氯化铽溶液滴加到钒酸铋悬浮液中得到掺铽钒酸铋悬浮液，持续搅拌至少30min，用氢氧化钠溶液调节掺铽钒酸铋悬浮液的pH至6，接着于80-90℃水浴条件下反应至少1h，加热完毕后冷却抽滤得到沉淀物；
(4)将所述沉淀物烘干后在480-520℃煅烧至少4h，冷却后研磨成粉末，得到稀土Tb掺杂钒酸铋的光催化剂。
所述溶液A中的五水合硝酸铋和溶液B中的偏钒酸铵的摩尔比为1:1。
步骤(3)所滴加的氯化铽溶液的量为按照铽元素与钒酸铋的摩尔比为2-12:100。
优选的，步骤(3)所滴加的氯化铽溶液的量为按照铽元素与钒酸铋的摩尔比为9-11:100。
所述溶液A的浓度为0.4-0.7mol/L，所述溶液B的浓度为0.1-0.3mol/L。所述氯化铽溶液的浓度0.30-0.40mol/L。
步骤(3)进行抽滤时，用去离子水和无水乙醇反复洗涤沉淀，直至滤液的pH为中性为止。
采用上述制备方法得到的稀土Tb掺杂钒酸铋的光催化剂，其晶型为单斜相BiVO4与BiOCl组成的混合相，或者其晶型为单斜相BiVO4、四方相BiVO4与BiOCl组成的混合相。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：稀土Tb掺杂钒酸铋的光催化剂的光降解效率高达99％，采用液相沉淀法，制备方法简单温和。
附图说明
图1为不同Tb含量改性的BiVO4样品的XRD图。
图2为本发明不同Tb含量BiVO4样品SEM图，图中：a为纯相钒酸铋的SEM图，b、c、d、e、f、g依次为实施例1至实施例6的样品的SEM图。
图3为本发明不同铽含量的BiVO4样品的光降解趋势图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
按照五水合硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)和偏钒酸铵(NH4VO3)的摩尔比为1:1，称取适量的五水合硝酸铋和偏钒酸铵，分别溶解在浓度为6mol/L的硝酸溶液和浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液中，随后用磁力搅拌器搅拌，使两溶液充分溶解，从而分别得到无色透明的溶液A和溶液B。溶液A的浓度为0.5mol/L，溶液B的浓度为0.2mol/L。
将溶液A缓慢滴加到溶液B中，继续用磁力搅拌器搅拌使得A、B两溶液均匀混合。将A溶液逐渐滴入B溶液的过程中，液体接触时即呈现黄色，随着B溶液滴入量的增多，混合溶液颜色变化现象为：透明的浅黄绿色渐渐变为透明的橙色溶液，并逐渐出现沉淀变成淡黄色浊液，随着沉淀的增加最后成为浓黄色浊液，即为钒酸铋悬浮液。将氯化铽粉末溶于去离子水中得到浓度为0.36mol/L的氯化铽溶液，将氯化铽溶液滴加到钒酸铋悬浮液中得到掺铽钒酸铋悬浮液，其中铽元素与钒酸铋的摩尔比为2:100，持续搅拌30min，用氢氧化钠溶液调节掺铽钒酸铋悬浮液的pH至6，接着于85℃水浴条件下反应1h，加热完毕后冷却抽滤，并在抽滤过程中用去离子水和无水乙醇反复洗涤沉淀，直至滤液的pH为中性为止，得到沉淀物。将沉淀物置于烘箱100℃条件下烘干，随后在500℃煅烧4h，冷却后用研钵研磨成粉末，得到稀土Tb掺杂钒酸铋的光催化剂。
实施例2至实施例6
各实施例的掺杂方法相同，实施例2至实施例6的铽元素与钒酸铋的摩尔比依次为4:100、6:100、8:100、10:100、12:100。
将实施例1至实施例6获得的样品以及0掺杂的纯BiVO4样品采用X射线衍射仪对样品的结构进行分析；采用扫描电子显微镜对样品的微观形貌进行观察；采用马尔文激光粒度仪测试比表面积和平均粒径。样品的测试则采用紫外—可见分光光度计测试吸光度，并计算光降解效率。
结构分析
采用X射线衍射(D8，Advanle1)对7个样品的结构进行分析，衍射靶是CuKα(λ＝0.15056nm)，功率为40kV×50mA，采样宽度为0.05°，扫描角度(2θ)范围为10°～90°，测试在室温(25℃)下进行。
图1为7个样品的XRD图谱。由图可知，样品的结晶度都相对较高，BiVO4和Tb/BiVO4的衍射峰位置大致相同；纯BiVO4和改性BiVO4样品的衍射峰位置仅有较少部分存在差异，表明Tb的存在对BiVO4的晶型和结构的影响较小。将此谱图分别与BiVO4的单斜标准衍射卡片(JCPDS NO.14-0688)以及四方标准衍射卡片(JCPDS NO.14-0133)对比，发现衍射峰匹配较好，纯BiVO4样品在15.14，18.67，18.99，28.99，30.72，34.49，35.22，39.45，39.78，40.25，42.34，42.46，45.43，45.88，46.04，46.55，46.71，47.30，50.31，53.01，53.31，54.58，55.73，58.07，58.53，59.26等角度出现典型的特征峰，而这些衍射峰为单斜晶型BiVO4的特征峰，说明所制备的纯BiVO4样品为单斜晶型。实施例1至实施例6的样品除具有上述单斜晶型的特征衍射峰之外，还在18.32，24.60，30.68，32.86，34.71，37.14，43.80，46.99，48.40，49.93，50.90，53.61，57.01，60.97等角度出现四方晶型BiVO4的特征峰，说明不同Tb含量改性的BiVO4样品存在有单斜相和四方相混晶。并且实施例3至实施例6的样品还在11.98，24.10，25.86，32.49，33.45，34.74，36.54，40.89，43.56，46.64，48.35，54.09，58.56，60.55等角度出现了氯氧化铋(BiOCl)特征衍射峰，这是由于所用的稀土Tb源为TbCl3，因此在合成过程中生成了部分BiOCl。而BiOCl也是光催化剂的一种，具有层状结构、良好的光吸收性质和电磁性质等较特定的性质，作为一种带隙为3.19eV的p型半导体光催化剂，使其可在染料废水处理中表现出良好的光催化活性。因此，样品中BiOCl的生成有望与BiVO4之间生成异质结构，从而有效低促进光生电子-空穴对的分离，从而增强钒酸铋的光催化活性。
综上所述，在实施例1至实施例6以及纯钒酸铋的七个样品中，纯钒酸铋是单斜晶型BiVO4；实施例1和实施例2样品是单斜晶型BiVO4与BiOCl组成的混合相；实施例3至实施例6四个样品是单斜BiVO4、四方BiVO4和BiOCl共同组成的混合相。以上结果表明，不同Tb含量的加入对钒酸铋的晶型结构有一定影响，随着铽掺杂量的增加，可以促使钒酸铋的单斜相转化为四方相。这种转变对提高光催化活性起到一定的贡献。
形貌分析
图2是7个样品的SEM图谱。由图可知，纯BiVO4形貌是由许多针状晶体聚集在一起，针状尺寸较小，团聚现象较明显，且形貌不均匀。实施例1的样品同样由许多针状晶体聚集在一起，相对纯BiVO4针状尺寸更小且表面较为粗糙，团聚现象仍较明显。实施例2的样品部分针状晶体变为球状晶体，团聚程度有一定程度减小且表面较为粗糙；实施例3至实施例6的样品均为球状颗粒，球状颗粒随着铽掺杂量的增加而先细化后增大，从实施例3到实施例5球状颗粒不断被细化，球状颗粒尺寸与团聚程度逐渐减小的同时粗糙度与比表面积逐渐增大。但随着Tb掺杂量的继续增加，与实施例5样品相比，实施例6样品球状颗粒尺寸相对来说有所增大且团聚现象更明显一点。由以上结果可知，铽元素的含量对BiVO4材料的形貌、比表面积和尺寸大小有较大影响。在七个样品的SEM图中，实施例5的样品颗粒尺寸最小，比表面积最大且团聚程度最低。
比表面积及粒径分析
表1中给出了不同铽掺杂量BiVO4样品的比表面积及平均粒径。从表中可以看出，掺铽BiVO4样品的比表面积均比纯BiVO4的比表面积大，掺铽BiVO4样品的平均粒径也均小于纯BiVO4的平均粒径。随着稀土元素掺杂量的增加，比表面积逐渐增大，实施例5的样品比表面积达到峰值，为0.856m2/g；继续增大掺杂浓度，比表面积又降低。由以上结果表明，铽的掺杂量对材料的比表面积和粒径影响较大。比表面积增大有利于提高光催化活性。
表1 7个样品的比面积和平均粒径
光催化降解性能分析
在模拟太阳光照射下，将纯钒酸铋和实施例1至实施例6的催化剂样品对10mg/L的罗丹明B溶液光催化反应120min，测得吸光度并计算降解率，得到如图3所示的光降解率趋势图。纯钒酸铋和实施例1至实施例6的7个样品的具体降解率分别为3.47％、27.22％、38.19％、44.54％、66.59％、98.84％、80.74％。由此可知，降解率先随着铽掺杂量的增加而增加，达最佳铽掺杂量后降解率随着铽掺杂量的增加而降低。其中，Tb含量为10％的样品具有最高的光催化活性和降解率，其降解率远远大于纯BiVO4样品的降解率，比纯BiVO4样品的降解率提高了近28.5倍。
通过XRD、SEM以及比表面积测试结果表明，掺杂量为10％的样品具有较高的结晶度，且形貌分布相对更均匀，比表面积最大，增大了催化剂与罗丹明B分子的接触面积，表面吸附能力得到增强，同时有利于光生电子-空穴对的分离，进而使得光催化活性明显较高。但若铽的掺杂量过高时，样品表面形貌分布不均，会变成光生电子和空穴的复合中心，增加电子和空穴的复合几率，即使具有较大的比表面积，其催化活性也将明显降低。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
Claims (8)
1.稀土Tb掺杂钒酸铋的光催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将五水合硝酸铋溶解在硝酸溶液中得到溶液A；将偏钒酸铵溶解到氢氧化钠溶液中得到溶液B；
(2)将溶液A缓慢滴加到溶液B中，搅拌均匀，液体逐渐变成浓黄色浊液，即为钒酸铋悬浮液；
(3)将氯化铽粉末溶于去离子水中得到氯化铽溶液，将氯化铽溶液滴加到钒酸铋悬浮液中得到掺铽钒酸铋悬浮液，持续搅拌至少30min，用氢氧化钠溶液调节掺铽钒酸铋悬浮液的pH至6，接着于80-90℃水浴条件下反应至少1h，加热完毕后冷却抽滤得到沉淀物；
(4)将所述沉淀物烘干后在480-520℃煅烧至少4h，冷却后研磨成粉末，得到稀土Tb掺杂钒酸铋的光催化剂，其晶型为单斜相BiVO4与BiOCl组成的混合相，或者其晶型为单斜相BiVO4、四方相BiVO4与BiOCl组成的混合相。
2.根据权利要求1所述的稀土Tb掺杂钒酸铋的光催化剂的制备方法，其特征在于所述溶液A中的五水合硝酸铋和溶液B中的偏钒酸铵的摩尔比为1:1。
3.根据权利要求1所述的稀土Tb掺杂钒酸铋的光催化剂的制备方法，其特征在于步骤(3)所滴加的氯化铽溶液的量为按照铽元素与钒酸铋的摩尔比为2-12:100。
4.根据权利要求3所述的稀土Tb掺杂钒酸铋的光催化剂的制备方法，其特征在于步骤(3)所滴加的氯化铽溶液的量为按照铽元素与钒酸铋的摩尔比为9-11:100。
5.根据权利要求1所述的稀土Tb掺杂钒酸铋的光催化剂的制备方法，其特征在于所述溶液A的浓度0.4-0.7mol/L，所述溶液B的浓度0.1-0.3mol/L。
6.根据权利要求1所述的稀土Tb掺杂钒酸铋的光催化剂的制备方法，其特征在于所述氯化铽溶液的浓度0.30-0.40mol/L。
7.根据权利要求1所述的稀土Tb掺杂钒酸铋的光催化剂的制备方法，其特征在于步骤(3)进行抽滤时，用去离子水和无水乙醇反复洗涤沉淀，直至滤液的pH为中性为止。
8.采用权利要求1-7任意一项所述的制备方法得到的稀土Tb掺杂钒酸铋的光催化剂，其特征在于其晶型为单斜相BiVO4与BiOCl组成的混合相，或者其晶型为单斜相BiVO4、四方相BiVO4与BiOCl组成的混合相。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011065359.9A CN112058257B8 (zh) | 2020-09-30 | 2020-09-30 | 稀土Tb掺杂钒酸铋的光催化剂及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011065359.9A CN112058257B8 (zh) | 2020-09-30 | 2020-09-30 | 稀土Tb掺杂钒酸铋的光催化剂及其制备方法 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112058257A CN112058257A (zh) | 2020-12-11 |
| CN112058257B true CN112058257B (zh) | 2023-05-05 |
| CN112058257B8 CN112058257B8 (zh) | 2023-06-02 |
Family
ID=73684306
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011065359.9A Active CN112058257B8 (zh) | 2020-09-30 | 2020-09-30 | 稀土Tb掺杂钒酸铋的光催化剂及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112058257B8 (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112844361A (zh) * | 2021-01-25 | 2021-05-28 | 江南大学 | 一种Tb3+-B共掺杂改性TiO2光催化薄膜及其制备方法 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103433019B (zh) * | 2013-08-15 | 2015-08-12 | 陕西科技大学 | 一种Sm掺杂BiVO4光催化剂及其制备方法和应用 |
| CN103464138B (zh) * | 2013-08-15 | 2015-06-03 | 陕西科技大学 | 一种镱掺杂钒酸铋可见光光催化剂及其制备方法和应用 |
| CN103433022B (zh) * | 2013-08-15 | 2016-08-10 | 陕西科技大学 | 一种可见光响应型Tb/BiVO4催化剂及其制备方法和应用 |
| CN103433023B (zh) * | 2013-08-15 | 2016-08-10 | 陕西科技大学 | 一种Gd掺杂BiVO4光催化剂及其制备方法和应用 |
| CN103566925B (zh) * | 2013-10-14 | 2016-03-02 | 惠州学院 | 一种稀土掺杂介孔钒酸铋的制备方法 |
| CN106391062A (zh) * | 2016-10-27 | 2017-02-15 | 南京信息工程大学 | 一种BiVO4/BiOCl异质结光催化剂及其制备方法 |
| WO2018092945A1 (ko) * | 2016-11-18 | 2018-05-24 | 선문대학교 산학협력단 | 비스무스 바나데이트 광촉매 및 그 제조방법 |
| KR102109097B1 (ko) * | 2018-08-23 | 2020-05-11 | 부산대학교 산학협력단 | 비스무스 바나데이트, 이를 포함하는 광촉매 및 이의 제조 방법 |
-
2020
- 2020-09-30 CN CN202011065359.9A patent/CN112058257B8/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112058257A (zh) | 2020-12-11 |
| CN112058257B8 (zh) | 2023-06-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ahmed | Synthesis and structural features of mesoporous NiO/TiO2 nanocomposites prepared by sol–gel method for photodegradation of methylene blue dye | |
| CN112875755B (zh) | 一种钨酸铋纳米粉体的制备方法 | |
| CN112023938B (zh) | 一种双金属离子掺杂的纳米复合光催化剂及其制备方法 | |
| CN102698785A (zh) | 一种硅藻土负载氮掺杂纳米TiO2光催化材料的制备方法 | |
| CN106807411B (zh) | 一种铁酸镧掺杂溴化银复合光催化剂的制备方法 | |
| CN106390986A (zh) | 一种钒酸铋/钛酸锶复合光催化剂的制备方法 | |
| Hou et al. | Preparation, characterization and investigation of catalytic activity of Li-doped LaFeO 3 nanoparticles | |
| CN112058257B (zh) | 稀土Tb掺杂钒酸铋的光催化剂及其制备方法 | |
| CN109382088B (zh) | SnO2/α～Bi2O3/β～Bi2O3复合材料及其制备方法 | |
| CN108212187B (zh) | Fe掺杂Bi2O2CO3光催化剂的制备方法及Fe掺杂Bi2O2CO3光催化剂 | |
| CN108654663B (zh) | 一种混合硝酸盐熔盐法制备硼氮共掺杂单晶介孔TiO2催化材料的方法 | |
| Jiang et al. | Solvothermal synthesis of TiO2/Bi2WO6 heterojunction photocatalyst with optimized interface structure and enabled photocatalytic performance | |
| CN109289887B (zh) | 一种氮、钒共掺杂二氧化钛/钽酸铋z型异质结光催化剂的制备方法及应用 | |
| CN109012653B (zh) | 一种铋酸锂-氧化铋光催化材料及其制备方法 | |
| CN110721718A (zh) | 一种性能良好的石墨相氮化碳掺杂钼酸铋二元光催化剂的制备方法 | |
| CN113578368B (zh) | 一种g-C3N4/Ag3PO4/BiFeO3复合可见光催化剂制备方法及其应用 | |
| CN111229240B (zh) | 铁酸铋催化剂及其制备方法和用途 | |
| Du et al. | In-situ growth into jungle-like Bi2O3/Bi2O2CO3 heterostructures with concentration-controllable oxygen vacancy and ratio-tunable phase composition | |
| CN109046395B (zh) | 一种碲酸铋/氧化铋异质结材料、制备方法及其应用 | |
| CN113856668A (zh) | 一种Bi/BiVO4复合异质结光催化材料的制备方法 | |
| CN110116014A (zh) | 一种具有空心结构的N-TiO2光催化剂制备方法 | |
| Qiu et al. | Preparation of Y3+-doped Bi2MoO6 nanosheets for improved visible-light photocatalytic activity: Increased specific surface area, oxygen vacancy formation and efficient carrier separation | |
| Daub et al. | Synthesis of Bismuth ferrite-activated carbon (BFO-AC) nanoparticles and their characterization | |
| CN111250115A (zh) | 一种花球状碘氧化铋-二氧化钛异质结光催化剂的制备方法和产品 | |
| CN115228481B (zh) | 一种Z型异质结SnFe2O4/Bi2WO6复合光催化剂、制备方法及应用 |
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 | ||
| CI03 | Correction of invention patent |
Correction item: Patent agency|Patent Agent Correct: Chengdu Hongqiao Patent Office (General Partnership) 51124|Luo Guifei False: Sichuan Chengdu Tiance Trademark Patent Office (limited partnership) 51213|Gong Haiyue Number: 18-02 Volume: 39 Correction item: Patent agency|Patent Agent Correct: Chengdu Hongqiao Patent Office (General Partnership) 51124|Luo Guifei False: Sichuan Chengdu Tiance Trademark Patent Office (limited partnership) 51213|Gong Haiyue Number: 18-02 Page: The title page Volume: 39 |
|
| CI03 | Correction of invention patent |