一種具有可見光活性的BiVO₄/TiO₂復合納米棒及制備和應用

一種具有可見光活性的BiVO₄/TiO₂復合納米棒及制備和應用
【專利摘要】一種具有可見光活性的BiVO4/TiO2復合納米棒，其是由TiO2納米棒與BiVO4按質量比1：0.25～0.75經水熱反應獲得的淺黃色納米級復合物，其制備方法主要是：將TiO2納米棒與BiVO4制成懸浮液，于120～200℃下水熱反應12～36h，將沉淀物用反復清洗，干燥，將干燥后的沉淀物在500℃下煅燒3～8h，得到的淺黃色粉末狀物質即為BiVO4/TiO2復合納米棒。該BiVO4/TiO2復合納米棒作為催化降解污染物的應用。本發明BiVO4/TiO2復合納米棒的比表面積大，吸附能力強；與現有技術中的二氧化鈦納米棒相比，具有更好的可見光吸收性能，對光催化氧化降解有機污染物有很大的提高；而且BiVO4/TiO2復合納米棒的制備方法比較簡單，易于操作，適于工業生產。
【專利說明】
一種具有可見光活性的B i V04/T i 02復合納米棒及制備和應用
技術領域
[0001]本發明涉及一種用于治理環境污染的半導體光催化劑及制備和應用。【背景技術】
[0002]隨著人類社會的不斷發展進步，能源危機和環境問題已是21世紀人類必須要面臨的兩個嚴峻挑戰，如何有效的控制和治理各種化學污染物對環境的污染是環境綜合治理中的重點。近些年，半導體光催化氧化技術，作為高級氧化技術之一，正受到國內外學者的廣泛研究，這種技術可以以太陽能作為能源來降解環境中的污染物，有效的利用太陽能，降低人們的能源利用。
[0003]半導體光催化氧化技術始于日本科學家Fujishima和Honda發現受光福照的Ti02 單晶電極可以將H20分解，利用Ti02半導體光催化劑將光能轉化為電能和化學能就成為半導體光催化領域的研究熱點。目前，Ti02半導體光催化劑主要可以用于降解有機污染物、除臭、殺菌、自清潔等方面。然而，銳鈦礦型Ti02的禁帶寬度為3.2eV，其激發波長為387.5nm， 屬于太陽光中的紫外光范圍。而對于太陽能，其主要能量集中于400?600nm的可見光范圍，這大大減少了 1102半導體光催化劑的效率，因此，如何實現1102半導體光催化劑的可見光活性，高效利用太陽光中的可見光是Ti02半導體光催化劑研究的重點內容之一。
[0004]Ti02納米棒，雖然具有較大的比表面積，因而具有較強的吸附性能，有助于進一步提高Ti02的光催化性能，但是，光生載流子比顆粒狀更容易從離子內部迀移到表面，從而提高了光生電子-空穴的分離效率。
【發明內容】

[0005]本發明的目的在于提供一種能有效提高1102對可見光的響應，降低光生電子-空穴的復合，提高對有機污染物降解能力的一種具有可見光活性的BiV04/Ti02復合納米棒及制備和應用。本發明主要是通過改進制備方法合成半導體催化劑BiV04/Ti02復合納米棒， 該BiV04/Ti02復合納米棒可有效地提高對有機污染物的光降解能力。
[0006]—、8^04/1102復合納米棒是由T1 2納米棒與BiVO 4按質量比1:0.25?0.75經水熱反應獲得的淺黃色納米級復合物。
[0007]二、BiV04/Ti02復合納米棒的制備方法具體如下:
[0008]1、將1102納米棒與BiVO 4按質量比1:0.25?0.75及水混勻呈懸浮液，加入水的質量與BiV04的質量比為43:1，最好超聲分散15?60min ;
[0009]2、將步驟1的懸浮液移入內襯聚四氟乙烯的反應釜中，在1.32?1.59atm、120? 200°C下水熱反應12?36h，反應結束后，自然冷卻；
[0010]3、分離步驟2獲得的沉淀物，將沉淀物用去離子水和無水乙醇反復清洗，并在 60°C下干燥，得到無定形BiV04/Ti02;
[0011]4、將干燥后的無定形BiV04/Ti02& 10°C /min升溫至500°C，在500°C下煅燒3?8h，得到的淺黃色粉末狀物質即為BiV04/Ti02復合納米棒。
[0012]本發明中采用窄帶半導體BiVOjP Ti02復合，制備的扮￥04/1102復合納米棒材料中BiV(V^ Ti02之間形成異質結構，有利于Ti02向可見光擴展，同時通過控制水熱反應時間以及水熱反應溫度，形成大比表面積的棒狀形貌，使得制備的材料具有較大的比表面積， 有利于污染物的吸附降解。
[0013]本發明所述具有可見光活性的BiV04/Ti02復合納米棒，能作為催化降解污染物應用，具體作法如下:將BiV04/Ti02復合納米棒放入反應器內，將惰性氣體以流速20? 100ml/min通入反應器吹掃至系統穩定，將污染物以流速1?10yL/h通入反應器10? 60min后將進、出氣口關閉，保持反應器密封，將反應器置于暗態使氣相的污染物在BiV04/ Ti02復合納米棒固態表面吸附0.5?3h，然后開啟氙燈進行光催化反應，4?6h后關閉氙燈。所述污染物為苯、甲苯、乙苯及甲醛等。
[0014]本發明與現有技術相比具有如下優點:
[0015]①BiV04/Ti02復合納米棒的比表面積大，吸附能力強；
[0016]②BiV04/Ti02復合納米棒與現有技術中的二氧化鈦納米棒相比，具有更好的可見光吸收性能，對光催化氧化降解有機污染物有很大的提高；
[0017]③BiV04/Ti02復合納米棒的制備方法比較簡單，易于操作，適于工業生產。【附圖說明】
[0018]圖1為實施例1中的BiV04/Ti02復合納米棒放大倍數30000倍的掃描電鏡圖。
[0019]圖2為實施例1中的BiV04/Ti02復合納米棒與/1102納米棒紫外-可見漫反射圖。
[0020]圖3為實施例1中的BiV04/Ti02復合納米棒與現有技術中的T1 2納米棒光催化降解甲苯降解圖。【具體實施方式】
[0021]下述非限制性實施例可以使本領域的普通技術人員更全面地理解本發明，但不以任何方式限制本發明。[0〇22] 實施例1
[0023]①Ti02納米棒的制備:
[0024]將3g 1102粉末溶于10M NaOH 100mL溶液中，室溫下攪拌30min后呈乳白色液體， 將此溶液轉移至內襯聚四氟乙烯的120mL高壓釜中，在180°C下水熱反應48h，自然冷卻至室溫。離心并收集底部白色沉淀物，依次用1M HN03、去離子水、乙醇清洗樣品，使溶液為中性后，將樣品在80°C干燥箱中干燥后，研磨為細小顆粒。
[0025]②BiV04/Ti02復合納米棒的制備:
[0026]將0.09g NH4V03加入到5.15mL去離子水中，形成NH 4V03溶液，在水浴中加熱并持續攪拌；另將〇.37g Bi(N03)3 ? 5H20加入到5.15mL去離子水中，形成鉍鹽溶液，攪拌10min 后，將鉍鹽溶液加入到NH4V03溶液中，持續攪拌30min后，形成黃色懸濁液。根據BiV04A Ti0225%的質量比，將質量為lg的Ti02加入懸濁液中，攪拌30min。將懸濁液移入120mL內襯聚四氟乙烯的反應釜中，在1.45atm、160°C下水熱反應24h。反應結束后，自然冷卻，將沉淀物用去離子水和無水乙醇反復清洗，在60°C下干燥，得到扮￥04/1102復合材料。將BiV04/Ti〇2干燥后，以l〇°C /min升溫至500°C，在500°C下煅燒4h，得到的淺黃色粉末狀物質即為 BiV04/Ti02復合納米棒，從圖1上可以清楚顯示BiV04/Ti02復合納米棒，從圖2上可以看出， 在400-600nm可見光范圍內BiV04/Ti02復合納米棒的強度遠遠大于T1 2納米棒的強度，因此這樣便大大提高了 BiV04/Ti02復合納米棒半導體催化劑的催化效率。
[0027]實施例2
[0028]重復實施例1的①1102納米棒的制備。
[0029]②BiV04/Ti02復合納米棒的制備:
[0030]將0.18g NH4V03加入到10.30mL去離子水中，形成NH4V03溶液，在水浴中加熱并持續攪拌；另將〇.75g Bi(N03)3 *5H20加入到10.30mL去離子水中，形成鉍鹽溶液，攪拌lOmin 后，將鉍鹽溶液加入到NH4V03溶液中，持續攪拌30min后，形成黃色懸濁液。根據BiV04A Ti0250%的質量比，將質量為lg的Ti02加入懸濁液中，攪拌30min。將懸濁液移入120mL內襯聚四氟乙烯的反應釜中，在1.59atm、200°C下水熱反應12h。反應結束后，自然冷卻，將沉淀物用去離子水和無水乙醇反復清洗，在60°C下干燥，得到扮￥04/1102復合材料。將BiV04/ Ti〇2干燥后，以l〇°C /min升溫至500°C，在500°C下煅燒3h，得到的淺黃色粉末狀物質即為 BiV04/Ti02復合納米棒。
[0031]實施例3
[0032]重復實施例1的①1102納米棒的制備。
[0033]②BiV04/Ti02復合納米棒的制備
[0034]將0.27g NH4V03加入到15.43mL去離子水中，形成NH4V03溶液，在水浴中加熱并持續攪拌；另將1.12g Bi (N03)3 *5H20加入到15.43mL去離子水中，形成鉍鹽溶液，攪拌lOmin 后，將鉍鹽溶液加入到NH4V03溶液中，持續攪拌30min后，形成黃色懸濁液。根據BiV04A Ti0275%的質量比，將質量為lg的Ti02加入懸濁液中，攪拌30min。將懸濁液移入120mL內襯聚四氟乙烯的反應釜中，在1.32atm、120°C下水熱反應36h。反應結束后，自然冷卻，將沉淀物用去離子水和無水乙醇反復清洗，在60°C下干燥，得到扮￥04/1102復合材料。將BiV04/ Ti〇2干燥后，以l〇°C /min升溫至500°C，在500°C下煅燒8h，得到的淺黃色粉末狀物質即為 BiV04/Ti02復合納米棒。
[0035]應用效果對比實例
[0036]1、本發明BiV04/Ti02復合納米棒的應用:
[0037]將實施例1中的0.2g BiV04/Ti02復合納米棒在瑪瑙研缽中研磨至20?60目，研磨后將BiV04/Ti02復合納米棒平鋪在反應器內。用流速為70mL/min的氮氣吹掃反應器， 除去反應器中的雜質，至反應器處于穩定，將空氣作為載氣的甲苯通入到反應器中，流速為 2 y L/h，通入時間為30min，30min后將進、出氣口關閉，保持反應器密封，將反應器置于暗態使氣相的甲苯在BiV04/Ti02復合納米棒固態表面吸附lh，開啟氙燈進行光催化反應，反應過程中每隔30min在出氣口取樣1 yL，6h后關閉氙燈，甲苯濃度用Agilent 7890A氣相色譜測定。
[0038]2、Ti02納米棒的應用:
[0039]l)Ti02納米棒的制備:將3g 1102粉末溶于10M NaOH 100mL溶液中，室溫下攪拌 3〇min后呈乳白色液體，將此溶液轉移至內襯聚四氟乙烯的120mL高壓釜中，在180°C下水熱反應48h，自然冷卻至室溫。離心并收集底部白色沉淀物，依次用1M HN03、去離子水、乙醇清洗樣品，使溶液為中性后，將樣品在80°C干燥箱中干燥后，研磨為細小顆粒。
[0040]2)Ti02納米棒的應用:將步驟1)得到的0.2g T1 2納米棒在瑪瑙研缽中研磨至 20?60目，研磨后將1102納米棒平鋪在反應器內。用流速為70mL/min的氮氣吹掃反應器， 除去反應器中的雜質，至反應器處于穩定，將空氣作為載氣的甲苯通入到反應器中，流速為 2 y L/h，通入時間為30min，30min后將進、出氣口關閉，保持反應器密封，將反應器置于暗態使氣相的甲苯在Ti02納米棒固態表面吸附lh，開啟氙燈進行光催化反應，反應過程中每隔30min在出氣口取樣1 yL，6h后關閉氙燈，甲苯濃度用Agilent 7890A氣相色譜測定。
[0041]3、對對比結果的說明:實驗結果見圖3所示，8”04/1102復合納米棒作為催化劑時，經過4h降解，甲苯去除率為82 %，Ti02納米棒作為催化劑時，甲苯去除率為11 %，因此， BiV04的復合，大大提高了 T1 2的光催化性能。
【主權項】
1.一種具有可見光活性的BiVO 4/Ti02復合納米棒，其特征在于:其是由T1 2納米棒與 BiV〇4$質量比1:0.25?0.75經水熱反應獲得的淺黃色納米級復合物。2.權利要求1所述的具有可見光活性的BiVO 4/1102復合納米棒的制備方法，其特征在 于:1)將1102納米棒與BiVO 4按質量比1:0.25?0.75及水混勻呈懸浮液，加入水的質量 與BiV04的質量比為43:1 ;2)將步驟1的懸浮液移入內襯聚四氟乙烯的反應釜中，在1.32?1.59atm、120? 200°C下水熱反應12?36h，反應結束后，自然冷卻；3)分離步驟2獲得的沉淀物，將沉淀物用去離子水和無水乙醇反復清洗，并在60°C下 干燥，得到無定形BiV04/Ti02;4)將干燥后的無定形BiV04/Ti02& 10°C /min升溫至500°C，在500°C下煅燒3?8h， 得到的淺黃色粉末狀物質即為BiV04/Ti02復合納米棒。3.權利要求1所述的具有可見光活性的BiVO 4/Ti02復合納米棒，其特征在于:該 BiV04/Ti02復合納米棒作為催化降解污染物的應用。4.根據權利要求3所述的具有可見光活性的BiVO 4/Ti02復合納米棒，其特征在于:將 BiV04/Ti02復合納米棒放入反應器內，將惰性氣體以流速20?100ml/min通入反應器吹掃 至系統穩定，將污染物以流速1?10 y L/h通入反應器10?60min后將進、出氣口關閉，保 持反應器密封，將反應器置于暗態使氣相的污染物在BiV04/Ti02復合納米棒固態表面吸附 0.5?3h，開啟氙燈進行光催化反應，4?6h后關閉氙燈。
【文檔編號】B01D53/72GK106031869SQ201510110044
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2015年3月12日
【發明人】鄒學軍, 郭艷杰, 董玉瑛, 李思佳
【申請人】大連民族學院