專利名稱：一種異質型可見光催化劑的制備方法
技術領域：
本發明屬于催化劑的制備領域，特別涉及一種異質型可見光催化劑的制備方法。
背景技術：
隨著社會經濟的快速發展及人口的劇烈膨脹，人類對能源的需求大幅度增加，全球性環境問題也日益顯著。為此太陽能的利用開發顯得尤為重要，而作為其中重要部分的半導體光催化技術有望成為解決環境和能源問題的有效方式。將太陽能轉化為潔凈氫能的光解水技術將徹底解決化石能源枯竭和溫室效應帶來的危機，而光催化降解消除有毒有機污染物將成為解決環境污染的一條廉價可行的途徑。因此，設計合成可循環利用的高效可見光光催化材料，已成為研究工作者面臨的重要課題之一。近年來，釩酸鉍(BiVO4)以其特殊的物理和光學特性，逐漸在光解水制氫、光降解有毒有機污染物及廢水處理等方面受到廣泛關注。但制約其應用的瓶頸在于產生的光生電子和光生空穴較易復合，如果解決了這個問題，將是光催化研究中的一大進步。半導體復合光催化劑是由兩種能帶位置匹配的半導體組成，一般為異源半導體復合。這種能級的耦合作用使得半導體的禁帶寬度減小，進而使復合半導體的吸收波長范圍擴大到可見光區域。一方面，窄禁帶寬的半導體可以在可見光下產生電子-空穴對，另一方面，通過與具有不同禁帶寬度的強互補性的半導體進行復合，有利于電荷分離，抑制電子-空穴的復合，提高光量子產率和催化效率。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種異質型可見光催化劑的制備方法，本發明的光催化劑設計新穎，制備方法簡單、成本低，不增加新設備，易于工業化生產；本發明所得的光催化劑可用于多種材料的表面負載，使用方便；所得產品在可見光條件下能通過光催化快速降解染料廢水或有毒氣體，并將其裝變為無毒無害的物質。本發明的一種異質型可見光催化劑的制備方法，包括:(I)將硝酸鉍和金屬螯合劑加入硝酸溶液中，至溶液均勻透明，滴加偏釩酸鹽和聚乙二醇PEG的混合溶液，攪拌，得溶液A ;其中硝酸鉍、金屬螯合劑、偏釩酸鹽的摩爾比為1:1:1 ；(2)用堿劑調節溶液A的pH值為7.5_10，在90 100°C條件下，攪拌，得到懸浮液B ；(3)上述懸浮液B進行抽濾，洗滌，烘干、煅燒，得釩酸鉍BiVO4微納米顆粒；(4)將上述釩酸鉍BiVO4微納米顆粒加入硝酸銀溶液中，超聲，攪拌，得溶液C ；(5)將硫化鹽滴加至上述溶液C中，攪拌，抽濾，煅燒，即得異質型可見光催化劑。所述步驟(I)中金屬螯合劑為乙二胺四乙酸二鈉、尿素、檸檬酸、氨基三乙酸、酒石酸、聚丙烯酸中的一種，偏釩酸鹽為偏釩酸鈉或偏釩酸銨。所述步驟(I)中滴加速率為2-4mL/min，攪拌速率為200_300rpm，攪拌時間為2-3h。所述步驟(I)中硝酸鉍的質量濃度為50_250g/L，硝酸溶液的摩爾濃度為2-4mol/L，聚乙二醇的用量為I 5g/L。所述步驟(2)中堿劑為氨水、氫氧化鈉或碳酸鈉。所述步驟(3)中烘干溫度為50_70°C，煅燒溫度為400-700°C。所述步驟(4)中硝酸銀的質量濃度為0.2 lg/L。所述步驟(4)中超聲頻率為20 40kHz，超聲時間為20-30min，攪拌速率為200-300rpm，攪拌時間為 l_2h。
所述步驟(5)中硫化鹽為硫化鈉、硫化鉀、硫化銨或硫化鋁。所述步驟(5)中攪拌速率為200-300rpm，攪拌時間為4_6h。本發明制備的異質型可見光催化劑可應用于印染廢水回用、企業污水排放處理、空氣污染凈化等環境治理領域，具有廣闊的應用前景和市場前景。本發明利用半導體異質結特性，構建483作^04復合型光催化劑，有效提高了BiVO4的光催化效率。本發明采用溶液預制與高溫煅燒的方法，利用pH調控技術合成所需釩酸鉍與硫化銀的晶型，在釩酸鉍光催化劑界面組裝耦合硫化銀，形成半導體異質結，達到有效分離光生電子和空穴的目的。本發明制備的光催化劑顆粒穩定，不易團聚，表現出非常高的光催化活性，可高效降解印染廢水，分解有毒氣體，具有實際應用價值。有益.效果(I)本發明的光催化劑設計新穎，制備方法簡單、成本低，不增加新設備，易于工業化生產；(2)本發明的光催化劑可用于多種材料的表面負載,使用方便；(3)本發明所得產品在可見光條件下能通過光催化快速降解染料廢水或有毒氣體，并將其變為無毒無害的物質；(4)本發明的異質型可見光催化劑對有機污染物降解效果好，無二次污染，可長期使用。
具體實施例方式下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。實施例1(I)溶液A的制備將5g硝酸鉍和2.1g檸檬酸加入到IOOml硝酸溶液(2mol/L)中，攪拌至溶液均勻透明，滴加1.2g偏釩酸銨與Ig聚乙二醇2000(PEG)的混合溶液，控制滴加速率為3mL/min，以300rpm的速度攪拌2h，得溶液A ；(2)懸浮液B的制備將溶液A通過氫氧化鈉調節pH至8.5，升溫至90°C，以300rpm的速度攪拌3h得到懸浮液B ;(3)釩酸鉍的制備將懸浮液B真空抽濾，用去離子水沖洗抽濾產物，70°C烘干，500°C煅燒，得到釩酸鉍(BiVO4)微納米顆粒；(4)溶液C的制備將得到的BiVO4顆粒加入至濃度為0.5g/L的硝酸銀溶液IOOml中，以20kHz的頻率超聲20min，300rpm的速度攪拌2h，得溶液C ；(5)異質型光催化劑的制備將50ml濃度為0.5g/L的硫化鈉溶液滴加至溶液C中，以300rpm的速度攪拌5h，真空抽濾，50(TC煅燒，得到異質型可見光催化劑。將本發明制得的可見光催化劑和普通的活性炭廢水脫色材料分別裝入同一型號的廢水凈化器內，以350W氙燈為光源，降解濃度為50mg/L的染料廢水，通過紫外可見分光光度計測量降解前后染料廢水的吸光度，并計算其剩余濃度，得出染料廢水的凈化率，其結果如下:
權利要求
1.一種異質型可見光催化劑的制備方法，包括: (1)將硝酸鉍和金屬螯合劑加入硝酸溶液中，滴加偏釩酸鹽和聚乙二醇PEG的混合溶液，攪拌，得溶液A ;其中硝酸鉍、金屬螯合劑、偏釩酸鹽的摩爾比為1:1:1 ; (2)用堿劑調節溶液A的pH值為7.5-10，在90 100°C條件下，攪拌，得到懸浮液B ； (3)上述懸浮液B進行抽濾，洗滌，烘干、煅燒，得釩酸鉍BiVO4微納米顆粒； (4)將上述釩酸鉍BiVO4微納米顆粒加入硝酸銀溶液中，超聲，攪拌，得溶液C； (5)將硫化鹽滴加至上述溶液C中，攪拌，抽濾，煅燒，即得異質型可見光催化劑。
2.根據權利要求1所述的一種異質型可見光催化劑的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中金屬螯合劑為乙二胺四乙酸二鈉、尿素、檸檬酸、氨基三乙酸、酒石酸、聚丙烯酸中的一種，偏釩酸鹽為偏釩酸鈉或偏釩酸銨。
3.根據權利要求1所述的一種異質型可見光催化劑的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中滴加速率為2-4mL/min，攪拌速率為200_300rpm，攪拌時間為2_3h。
4.根據權利要求1所述的一種異質型可見光催化劑的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中硝酸鉍的質量濃度為50-250g/L，硝酸溶液的摩爾濃度為2-4mol/L，聚乙二醇的用量為I 5g/L。
5.根據權利要求1所述的一種異質型可見光催化劑的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中堿劑為氨水、氫氧化鈉或碳酸鈉。
6.根據權利要求1所述的一種異質型可見光催化劑的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)中烘干溫度為50-70°C，煅燒溫度為400-700°C。
7.根據權利要求1所述的一種異質型可見光催化劑的制備方法，其特征在于:所述步驟(4)中硝酸銀的質量濃度為0.2 lg/L。
8.根據權利要求1所述的一種異質性可見光催化劑的制備方法，其特征在于:所述步驟(4)中超聲頻率為20 40kHz，超聲時間為20-30min，攪拌速率為200_300rpm，攪拌時間為 l-2h。
9.根據權利要求1所述的一種異質型可見光催化劑的制備方法，其特征在于:所述步驟(5)中硫化鹽為硫化納、硫化鐘、硫化按或硫化招。
10.根據權利要求1所述的一種異質型可見光催化劑的制備方法，其特征在于:所述步驟(5)中攪拌速率為200-300rpm，攪拌時間為4_6h。
全文摘要
本發明涉及一種異質型可見光催化劑的制備方法，包括將硝酸鉍和金屬螯合劑加入硝酸溶液中，滴加偏釩酸鹽和聚乙二醇PEG的混合溶液，攪拌，得溶液A；用堿劑調節溶液A的pH值為7.5-10，在90～100℃條件下，攪拌，得到懸浮液B；上述懸浮液B進行抽濾，洗滌，烘干、煅燒，得釩酸鉍BiVO4微納米顆粒；將上述釩酸鉍BiVO4微納米顆粒加入硝酸銀溶液中，超聲，攪拌，得溶液C；將硫化鹽滴加至上述溶液C中，攪拌，抽濾，煅燒，即得。本發明的光催化劑設計新穎，制備方法簡單、成本低，不增加新設備，易于工業化生產；本發明的異質型可見光催化劑對有機污染物降解效果好，無二次污染，可長期使用。
文檔編號B01J27/04GK103170353SQ201310133970
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月17日 優先權日2013年4月17日
發明者何瑾馨, 王振華, 張韡, 劉保江, 王曉亮, 瞿建剛, 陳若陽 申請人:東華大學, 上海三伊環境科技有限公司