CN115155605A - 一种新型Cu2O/BiVO4复合光催化剂的制备方法及其应用 - Google Patents
一种新型Cu2O/BiVO4复合光催化剂的制备方法及其应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种新型Cu2O/BiVO4复合光催化剂的制备方法，制备方法特点是，首先制备得到BiVO4，后在制备Cu2O的过程中加入BiVO4，水浴反应后离心、洗涤、干燥，即可得到Cu2O/BiVO4复合光催化剂。其中BiVO4为直径1μm左右，长度10μm左右的中空微米管，Cu2O为直径200nm左右的纳米球。该方法环保，简单，成本低廉，产品纯净，在可见光(λ>420nm)下具有优秀的光催化性能，该催化剂具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及光催化领域，具体是一种新型Cu2O/BiVO4复合光催化剂的制备方法及其应用。
背景技术
近年来，环境污染已成为一个重大问题，困扰着社会的发展。为了解决这个问题，研究者们研究了很多方法。光催化技术因能有效利用太阳能降解污染物而受到广泛关注。与传统的净化环境处理方法相比，半导体光催化技术拥有反应条件温和、无二次污染、操作简单和降解效果显著等优势。钒酸铋由于其具有合适的禁带宽度(2.4eV)和无毒无害，性质稳定等特点，吸引了研究者的关注。在已有的报道中，鄂磊等人报道了微球结构的BiVO4光催化剂(申请公布号：CN 108622934 B)，但是钒酸铋性能仍有待提高。
调研表明，尚未有均匀Cu2O纳米球负载中空BiVO4微米棒的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型Cu2O/BiVO4复合光催化剂的制备方法及其应用,新型Cu2O/BiVO4复合光催化剂，制备简单、成本低廉。在可见光下(λ>420nm)的光催化性能大幅提高,相较于纯BiVO4，我们制备的新型Cu2O/BiVO4复合光催化剂的活性提高了1.7倍,Cu2O/BiVO4复合光催化剂形貌新颖，新型Cu2O/BiVO4复合光催化剂具有良好的应用前景。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种新型Cu2O/BiVO4复合光催化剂的制备方法,所述制备方法包括以下步骤：
步骤一：BiVO4复合光催化剂制备。
步骤二：在烧杯中加入去离子水，60℃水浴搅拌条件下，得到溶液，向溶液中加入十六烷基三甲基溴化铵，形成透明溶液后，向透明溶液中加入钒酸铋和五水合硫酸铜，搅拌60分钟，得到悬浮液。
步骤三：向悬浮液中加入抗坏血酸，搅拌20分钟，，将五水合硫酸铜还原为Cu2O，向悬浮液中滴加氢氧化钠溶液，搅拌10分钟，离心、洗涤、干燥，产物即为Cu2O/BiVO4。
进一步的，所述Cu2O/BiVO4光催化剂形貌为纳米球均匀的负载在中空微米管上，微米管直径为1μm，长度为10μm，纳米球直径为160-250nm。
进一步的，所述BiVO4复合光催化剂制备步骤：
在烧杯中加入硝酸溶液，搅拌条件下，加入五水合硝酸铋和偏钒酸铵，搅拌60分钟，然后滴加氨水，搅拌60分钟，之后转移至聚四氟乙烯内衬的高压釜中，经过180℃恒温水热反应24小时后，自然冷却至室温，离心、洗涤、干燥，得到产物BiVO4。
进一步的，所述新型Cu2O/BiVO4复合光催化剂的应用测试包括以下步骤：
步骤一：将Cu2O/BiVO4复合光催化剂和BiVO4光催化剂降解含有RhB的废水溶液。
步骤二：Cu2O/BiVO4和BiVO4各称取0.05g，分别加入200ml RhB水溶液，其中RhB浓度为7.5mg/L，先避光搅拌30min，使染料在催化剂表面达到吸附/脱附平衡。
步骤三：然后开启装有420nm滤光片的氙灯光源在可见光照射下进行光催化反应，上清液用分光光度计检测。根据Lambert–Beer定律，有机物特征吸收峰强度的变化，可以定量计算其浓度变化。
本发明的有益效果：
1、本发明制备方法处理方法，简单易行、成本低廉、重现性好；
2、本发明制备的复合光催化剂在可见光下具有优秀的光催化性能。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明Cu2O/BiVO4和BiVO4的X射线衍射(XRD)图；
图2是BiVO4光催化剂的扫描电子显微镜(SEM)图；
图3是本发明Cu2O/BiVO4光催化剂的扫描电子显微镜(SEM)图；
图4是本发明Cu2O/BiVO4和BiVO4在可见光下降解RhB的性能对比图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种新型Cu2O/BiVO4复合光催化剂的制备方法,如图1-图4所示，制备方法包括以下步骤：
步骤一：BiVO4复合光催化剂制备
在烧杯中加入30mL浓度为2mol/L的硝酸溶液，搅拌条件下，加入3.6mmol五水合硝酸铋和3.6mmol偏钒酸铵，搅拌60分钟，然后滴加10mL浓度为25％-28％的氨水，搅拌60分钟，之后转移至聚四氟乙烯内衬的高压釜中，经过180℃恒温水热反应24小时后，自然冷却至室温，离心、洗涤、干燥，得到产物BiVO4。
步骤二：在烧杯中加入100mL去离子水，60℃水浴搅拌条件下，得到溶液，向溶液中加入13mmol十六烷基三甲基溴化铵，形成透明溶液后，向溶液中加入0.144g钒酸铋和0.05g五水合硫酸铜，搅拌60分钟，得到悬浮液。
步骤三：向悬浮液中加入0.18g抗坏血酸，搅拌20分钟，将五水合硫酸铜还原为Cu2O，向悬浮液中滴加10mL浓度为0.2mol/L的氢氧化钠溶液，搅拌10分钟，离心、洗涤、干燥，产物即为Cu2O/BiVO4。
Cu2O/BiVO4光催化剂形貌为纳米球均匀的负载在中空微米管上，微米管直径为1μm，长度为10μm，纳米球直径为160-250nm。
BiVO4光催化剂为中空微米管，微米管直径为1μm，长度为10μm，纳米球直径为160-250nm。
新型Cu2O/BiVO4复合光催化剂的应用测试包括以下步骤：
步骤一：将Cu2O/BiVO4复合光催化剂和BiVO4光催化剂降解含有RhB的废水溶液。
步骤二：Cu2O/BiVO4和BiVO4各称取0.05g，分别加入200ml RhB水溶液，其中RhB浓度为7.5mg/L，先避光搅拌30min，使染料在催化剂表面达到吸附/脱附平衡。
步骤三：然后开启装有420nm滤光片的氙灯光源在可见光照射下进行光催化反应，上清液用分光光度计检测。根据Lambert–Beer定律，有机物特征吸收峰强度的变化，可以定量计算其浓度变化。
当吸光物质相同、厚度相同时，可以用吸光度的变化直接表示溶液浓度的变化。因为RhB在554nm处有一个特征吸收峰，所以可以利用吸光度的变化来衡量溶液中RhB的浓度变化。如图4所示，(图4中的C0为RhB的初始浓度，C为经过可见光照射一段时间后测量的RhB浓度，t为时间，横坐标为可见光照射时间；纵坐标为经过可见光照射一段时间后测量的RhB浓度值与RhB的初始浓度的比值)，相较于BiVO4光催化剂，Cu2O/BiVO4复合光催化剂的性能提高了1.7倍。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (4)
1.一种新型Cu2O/BiVO4复合光催化剂的制备方法,其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
步骤一：BiVO4复合光催化剂制备；
步骤二：在烧杯中加入去离子水，60℃水浴搅拌条件下，得到溶液，向溶液中加入十六烷基三甲基溴化铵，形成透明溶液后，向透明溶液中加入钒酸铋和五水合硫酸铜，搅拌60分钟，得到悬浮液；
步骤三：向悬浮液中加入抗坏血酸，搅拌20分钟，，将五水合硫酸铜还原为Cu2O，向悬浮液中滴加氢氧化钠溶液，搅拌10分钟，离心、洗涤、干燥，产物即为Cu2O/BiVO4。
2.根据权利要求1所述的一种新型Cu2O/BiVO4复合光催化剂的制备方法,其特征在于，所述Cu2O/BiVO4光催化剂形貌为纳米球均匀的负载在中空微米管上，微米管直径为1μm，长度为10μm，纳米球直径为160-250nm。
3.根据权利要求2所述的一种新型Cu2O/BiVO4复合光催化剂的制备方法,其特征在于，所述BiVO4复合光催化剂制备步骤：
在烧杯中加入硝酸溶液，搅拌条件下，加入五水合硝酸铋和偏钒酸铵，搅拌60分钟，然后滴加氨水，搅拌60分钟，之后转移至聚四氟乙烯内衬的高压釜中，经过180℃恒温水热反应24小时后，自然冷却至室温，离心、洗涤、干燥，得到产物BiVO4。
4.根据权利要求3所述的一种新型Cu2O/BiVO4复合光催化剂的制备方法,其特征在于，所述新型Cu2O/BiVO4复合光催化剂的应用测试包括以下步骤：
步骤一：将Cu2O/BiVO4复合光催化剂和BiVO4光催化剂降解含有RhB的废水溶液；
步骤二：Cu2O/BiVO4和BiVO4各称取0.05g，分别加入200ml RhB水溶液，其中RhB浓度为7.5mg/L，先避光搅拌30min，使染料在催化剂表面达到吸附/脱附平衡；
步骤三：然后开启装有420nm滤光片的氙灯光源在可见光照射下进行光催化反应，上清液用分光光度计检测。根据Lambert–Beer定律，有机物特征吸收峰强度的变化，可以定量计算其浓度变化。
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