一種采用微波水熱法制備魚刺狀和木柴狀BiVO₄粉體的方法

專利名稱：一種采用微波水熱法制備魚刺狀和木柴狀BiVO₄粉體的方法
技術領域：
本發明屬于功能材料領域，涉及一種微波水熱方法制備不同形貌的單斜相和四方相共混的釩酸鉍光催化劑的方法。
背景技術：
半導體光催化技術降解有機污染物的研究受到各國學者的廣泛關注，開發可見光下具有高催化活性的催化材料已經成為光催化研究的熱點。國內外報道的光催化研究中，T^2以其優良的光催化性能，成為近幾十年來最重要的光催化劑。但由于其帶隙寬 (3. &V)，只能被波長較短的紫外光激發，太陽光利用率低，開發具有可見光光催化活性的材料是光催化技術走向實用型的必然趨勢。研究表明釩酸鉍作為一種窄禁帶的半導體，不僅具有鐵彈性、聲光轉換性，同時在表現出優良的光催化活性，并且化學性質穩定，很多制備方法已經用來合成釩酸鉍粉體。如溶膠-凝膠法、水熱法、沉淀法、微乳液法等，微波水熱法卻鮮有報道。釩酸鉍的光催化效果與晶型、結構、表面狀態、晶體形貌等有關。因此開發環境友好的制備方法，并靈活控制形貌和結構對釩酸鉍材料的性質和應用研究具有一定的意義。

發明內容
本發明的目的在于提供一種反應時間短，工藝流程簡單，粒度分布均勻且形貌靈活可控的微波水熱法制備單斜相和四方相共混的BiVO4的方法。為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案一種采用微波水熱法制備魚刺狀和木柴狀BiVO4粉體的方法，包括以下步驟步驟1 將鉍鹽和釩鹽按照Bi V= 1 1的摩爾配比分別溶于HNO3溶液和NaOH 溶液中；其中鉍鹽濃度為0. 15 0. 45mol/L，釩鹽濃度為0. 15 0. 45mol/L, HNO3溶液濃度為2 6mol/L，NaOH溶液濃度為1 4mol/L ；步驟2 將步驟1制得的兩種母鹽溶液分別在室溫下攪拌20 40min，然后將釩鹽溶液緩慢滴加到鉍鹽溶液中，用NaOH調節pH = 0. 5 6. 5，攪拌均勻，制得黃色乳濁前驅物；步驟3 將前驅物溶液移入微波水熱反應釜中，填充比為40 60 %，然后將反應釜置于微波輔助水熱合成儀中，設定反應溫度為160 220°C，功率為300 500W，反應60 120min后停止；步驟4:待反應溫度降至室溫后，將反應釜取出，收集沉淀物，用水將沉淀物洗滌至中性后，再用無水乙醇洗滌，最后在80°C下干燥即得BiVO4粉體。本發明進一步的改進在于步驟1中所述釩鹽為Bi(NO3)3 · 5H20,所述鉍鹽為 NH4VO30本發明進一步的改進在于步驟4中干燥時間為8小時。
本發明進一步的改進在于步驟2中pH = 2. 8 3. 2。本發明進一步的改進在于步驟2中pH = 4. 9 5. 2。相對于現有技術，本發明具有以下優點本發明方法反應時間短，工藝流程簡單， 所制備出的BiVO4粉體粒度分布均勻；按照本發明的工藝方法可以制得共混的BiVO4粉體， 該混晶為單斜相和四方相共存，類似于半導體耦合，兩種晶型的價帶和導帶電位不同，降低了電子和空穴的復合率，從而提高了光催化活性；并通過調節PH得到魚刺狀、木柴狀等不同形貌的釩酸鉍粉體。


圖1是本發明魚刺狀和木柴狀單斜相和四方相共混的釩酸鉍粉體的XRD圖(曲線 a 實施例1條件下制得的釩酸鉍粉體的XRD圖；曲線b 實施例2條件下制得的釩酸鉍粉體的XRD圖)；圖2是本發明魚刺狀和木柴狀單斜相和四方相共混的釩酸鉍粉體SEM照片(圖 2a 實施例1條件下制得的釩酸鉍粉體的SEM照片；圖2b 實施例2條件下制得的釩酸鉍粉體的SEM照片)。
具體實施例方式本發明一種采用微波水熱法制備魚刺狀和木柴狀BiVO4粉體的方法，將五水硝酸鉍[Bi (NO3)3 · 5H20]溶解于一定濃度的HNO3中，偏釩酸銨(NH4VO3)溶解于NaOH溶液中，將兩種母鹽溶液分別在室溫下攪拌20 40min后，NH4VO3溶液緩慢滴加到Bi (NO3) 3 · 5H20溶液中，制得黃色乳濁前驅物；以NaOH為礦化劑，調節pH = 0. 5 6. 5 ；充分攪拌后移入微波水熱反應釜中，填充比為40 % 60 %，置于微波輔助水熱合成儀中，設定反應溫度為160 220°C，保溫時間為60 120min ；待反應完成后，冷卻，取出反應釜中的黃色沉淀物，洗滌至中性后，在80°C下恒溫干燥，得到單斜相和四方相共混的具有魚刺狀和木柴狀的釩酸鉍粉體。下面結合具體的實施例對本發明做進一步詳細的介紹。實施例1 步驟 1 將 Bi (NO3) 3 · 5H20 溶解于 20ml HNO3 溶液中，NH4VO3 溶解于 20ml NaOH 溶液中，其中 Bi (NO3) 3 · 5H20 濃度為 0. 25mol/L, NH4VO3 濃度為 0. 25mol/L, nBi nv = 1 1， HNO3溶液濃度為4mol/L，NaOH溶液濃度為2mol/L。步驟2 將步驟1制得的兩種母鹽溶液分別在室溫下攪拌20 40min，然后將 NH4VO3溶液緩慢滴加到Bi (NO3) 3 · 5H20溶液中，用NaOH調節pH = 2. 8 3. 2，攪拌IOmin, 制得黃色乳濁前驅物；步驟3 將前驅物溶液移入微波水熱反應釜中，填充比為40%，然后將反應釜置于微波輔助水熱合成儀中，設定反應溫度為200°C，功率為400W，反應90min后停止；步驟4:待反應溫度降至室溫后，將反應釜取出，收集沉淀物，用水將沉淀物洗滌至中性后，再用無水乙醇洗滌，最后在80°C下干燥8小時即得BiVO4粉體。實施例2 步驟1 將 Bi (NO3) 3 · 5H20 溶解于 20ml HNO3 溶液中，NH4VO3 溶解于 20ml NaOH 溶液中，其中 Bi (NO3) 3·5Η20 濃度為 0.45mol/L，NH4VO3 濃度為 0.45mol/L，nBi nv = 1 1， HNO3溶液濃度為2mol/L，NaOH溶液濃度為3mol/L。步驟2 將步驟1制得的兩種母鹽溶液分別在室溫下攪拌20 40min，然后將 NH4VO3溶液緩慢滴加到Bi (NO3) 3 · 5H20溶液中，用NaOH調節pH = 4. 9 5. 2，攪拌IOmin, 制得黃色乳濁前驅物；步驟3 將前驅物溶液移入微波水熱反應釜中，填充比為40 60 %，然后將反應釜置于微波輔助水熱合成儀中，設定反應溫度為220°C，功率為500W，反應120min后停止；步驟4:待反應溫度降至室溫后，將反應釜取出，收集沉淀物，用水將沉淀物洗滌至中性后，再用無水乙醇洗滌，最后在80°C下干燥即得BiVO4粉體。實施例3 步驟 1 將 Bi (NO3) 3 ·5Η20 溶解于 20ml HNO3 溶液中，NH4VO3 溶解于 20ml NaOH 溶液中，其中 Bi (NO3) 3 · 5H20 濃度為 0. 2mol/L, NH4VO3 濃度為 0. 2mol/L, nBi nv = 1 1，HNO3 溶液濃度為6mol/L，NaOH溶液濃度為lmol/L。步驟2 將步驟1制得的兩種母鹽溶液分別在室溫下攪拌20 40min，然后將 NH4VO3溶液緩慢滴加到Bi (NO3) 3 · 5H20溶液中，用NaOH調節pH = 0. 5，攪拌IOmin,制得黃色乳濁前驅物；步驟3 將前驅物溶液移入微波水熱反應釜中，填充比為40 60 %，然后將反應釜置于微波輔助水熱合成儀中，設定反應溫度為160°C，功率為300W，反應SOmin后停止；步驟4:待反應溫度降至室溫后，將反應釜取出，收集沉淀物，用水將沉淀物洗滌至中性后，再用無水乙醇洗滌，最后在80°C下干燥即得BiVO4粉體。實施例4 步驟1 將 Bi (NO3) 3 · 5H20 溶解于 20ml HNO3 溶液中，NH4VO3 溶解于 20ml NaOH 溶液中，其中 Bi(NO3)3 · 5H20 濃度為 0. 15mol/L，NH4VO3 濃度為 0. 15mol/L，nBi nv = 1 1， HNO3溶液濃度為6mol/L，NaOH溶液濃度為4mol/L。步驟2 將步驟1制得的兩種母鹽溶液分別在室溫下攪拌20 40min，然后將 NH4VO3溶液緩慢滴加到Bi (NO3) 3 · 5H20溶液中，用NaOH調節pH = 6. 5，攪拌IOmin,制得黃色乳濁前驅物；步驟3 將前驅物溶液移入微波水熱反應釜中，填充比為40 60 %，然后將反應釜置于微波輔助水熱合成儀中，設定反應溫度為160°C，功率為450W，反應60min后停止；步驟4:待反應溫度降至室溫后，將反應釜取出，收集沉淀物，用水將沉淀物洗滌至中性后，再用無水乙醇洗滌，最后在80°C下干燥即得BiVO4粉體。按照本發明的工藝方法可以制得單斜相和四方相共混的具有魚刺狀和木柴狀的釩酸鉍粉體粉體，該混晶單斜相和四方相共存，類似于半導體耦合，兩種晶型的價帶和導帶電位不同，降低了電子和空穴的復合率，從而提高了光催化活性。并通過調節PH得到魚刺狀、木柴狀等不同形貌的釩酸鉍粉體。從粉體的XRD圖中可以看出采用微波水熱法按照本發明的工藝可以制備出單斜相和四方相共混的BiVO4粉體。從圖2可以看出采用微波水熱法在pH = 2. 8 3. 2時可以得到呈魚刺狀生長的BiVO4粉體，如圖加圖所示；在pH = 4. 9 5. 2時可以得到木柴狀的BiVO4粉體，如圖2b所示。
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以上所述僅為本發明的一種實施方式，不是全部或唯一的實施方式，本領域普通技術人員通過閱讀本發明說明書而對本發明技術方案采取的任何等效的變換，均為本發明的權利要求所涵蓋。
權利要求
1.一種采用微波水熱法制備魚刺狀和木柴狀財￥04粉體的方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1 將鉍鹽和釩鹽按照Bi V = 1 1的摩爾配比分別溶于HNO3溶液和NaOH溶液中；其中鉍鹽濃度為0. 15 0. 45mol/L，釩鹽濃度為0. 15 0. 45mol/L, HNO3溶液濃度為2 6mol/L，NaOH溶液濃度為1 4mol/L ；步驟2 將步驟1制得的兩種母鹽溶液分別在室溫下攪拌20 40min，然后將釩鹽溶液緩慢滴加到鉍鹽溶液中，用NaOH調節pH = 0. 5 6. 5，攪拌均勻，制得黃色乳濁前驅物；步驟3 將前驅物溶液移入微波水熱反應釜中，填充比為40 60%，然后將反應釜置于微波輔助水熱合成儀中，設定反應溫度為160 220°C，功率為300 500W，反應60 120min后停止；步驟4 待反應溫度降至室溫后，將反應釜取出，收集沉淀物，用水將沉淀物洗滌至中性后，再用無水乙醇洗滌，最后在80°C下干燥即得BiVO4粉體。
2.根據權利要求1所述的一種采用微波水熱法制備魚刺狀和木柴狀BiVO4粉體的方法，其特征在于，步驟1中所述釩鹽為Bi (NO3)3 · 5H20，所述鉍鹽為NH4V03。
3.根據權利要求1所述的一種采用微波水熱法制備魚刺狀和木柴狀BiVO4粉體的方法，其特征在于，步驟4中干燥時間為8小時。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的一種采用微波水熱法制備魚刺狀和木柴狀 BiVO4粉體的方法，其特征在于，步驟2中pH = 2. 8 3. 2。
5.根據權利要求1至3中任一項所述的一種采用微波水熱法制備魚刺狀和木柴狀 BiVO4粉體的方法，其特征在于，步驟2中pH = 4. 9 5. 2。
全文摘要
本發明公開了一種采用微波水熱法制備魚刺狀和木柴狀BiVO4粉體的方法，將五水硝酸鉍溶解于HNO3中，偏釩酸銨溶解于NaOH中，將兩種母鹽攪拌均勻，偏釩酸銨溶液緩慢滴加到五水硝酸鉍溶液中，制得黃色乳濁前驅物；以NaOH為礦化劑，調節pH＝0.5～6.5；充分攪拌后移入微波水熱反應釜中反應；待反應完成后，冷卻，取出反應釜中的黃色沉淀物，洗滌至中性后，在80℃下恒溫干燥，得到單斜相和四方相共混的具有魚刺狀和木柴狀的釩酸鉍粉體。本發明采用微波水熱法制備出具有可見光催化活性的BiVO4粉體，并通過調節pH值來控制釩酸鉍的形貌。本發明的到的粉體粒度分布均勻，工藝控制簡單，工藝周期短，節省能源。
文檔編號B01J23/22GK102557133SQ201110449859
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月19日 優先權日2011年12月19日
發明者談國強, 魏莎莎 申請人:陜西科技大學