鉬酸鉍/石墨相氮化碳復合催化劑的制備方法及應用
【專利摘要】本發明公開了鉬酸鉍/石墨相氮化碳復合催化劑的制備方法及應用，屬于光催化材料的制備領域。按如下步驟進行：（1）復合催化劑的制備方法：分別制備不同pH值的Bi2MoO6、石墨相氮化碳(g?C3N4)，然后采用浸漬法制備不同pH值的Bi2MoO6/g?C3N4。（2）光催化降解有機污染物羅丹明B（RhB）性能表征：純的Bi2MoO6降解羅丹明B的效果并不明顯，與g?C3N4復合后，光降解效果明顯增強。本發明所制得的新型Bi2MoO6/g?C3N4復合納米材料表現出良好的光催化降解羅丹明B性能，是一類綠色、高效的光催化劑。
【專利說明】
鉬酸鉍/石墨相氮化碳復合催化劑的制備方法及應用
技術領域
[0001] 本發明具體涉及一種鉬酸鉍/石墨相氮化碳復合催化劑的制備方法及應用，屬于 光催化降解有機污染物領域。
【背景技術】
[0002] 當前，環境污染與能源短缺的問題已經成為人類可持續發展所面臨的兩個重大問 題，越來越受到世界各國的高度重視。太陽能是一種可再生的清潔和廉價能源，因此，如何 將太陽能的高效利用和水環境保護相結合，通過開展光催化技術去除水體中污染物的研究 具有深遠的戰略意義和現實意義。
[0003] 鉬酸鉍(Bi2Mo〇6)，是由[Bi202]2+和Mo〇42-組成的奧里維里斯(Aurivillius)片層化 合物。因其具有較小的禁帶寬度(2.5-2.8eV)，在水降解和有機污染物降解方面表現了良好 的光催性能，越來越引起了人們的重視，但是較低的量子產率限制了鉬酸鉍在光催化方面 的應用。因此，人們試圖通過合成以鉬酸鉍為基礎的異質結來減少載流子的重組。
[0004] 研究發現，石墨相氮化碳(g-C3N4)是一種具有獨特的能帶結構，化學穩定性好，廉 價易得的非金屬半導體材料，在可見光條件下能夠光降解水制氫制氧，降解水中的有機污 染物，被認為是光催化領域最具前景的研究材料之一。然而，氮化碳的吸收光主要集中在紫 外區內，光生電子和空穴易于復合，限制了在光催化區域內的應用。
[0005] 本發明將鉬酸鉍負載到g_C3N4上，制備出高催化劑性能的復合材料，將其應用在光 催化降解有機污染物羅丹明B上。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是尋找一種高效催化劑，提供不同pH值的鉬酸鉍/石墨相氮化碳 (Bi2M〇0 6/g-C3N4)復合催化劑及其制備方法。該催化劑催化效率高且整個制備方法簡單。
[0007] 本發明采用的具體方案是：
[0008] 不同pH值的Bi2M〇06/g-C 3N4由不同pH值的鉬酸鉍與石墨相氮化碳經過超聲浸漬法 負載而成，Bi2Mo06與g-C 3N4質量比為2:1，所述的Bi2Mo06/g-C3N4復合催化劑對羅丹明B具有 較高的催化活性。
[0009] 本發明所述的鉬酸鉍/石墨相氮化碳復合催化劑的制備方法的制備方法，按照下 述步驟進行：
[0010] ⑴不同pH值的Bi2Mo06的制備
[0011] 量取Bi(N03)3 · 5H2〇和(NH4)6Mo7〇24 · 4·分別溶于乙二醇，兩溶液混合后用NaOH 溶液調節pH值，獲得pH = 5，7，9，11的溶液。然后將溶液倒入高壓反應釜180°C反應24h，冷 卻后抽濾并用蒸餾水、無水乙醇洗滌，80°C烘干即可。
[0012]其中步驟⑴中Bi(N03)3 · 5H2〇與(ΝΗ4)6Μ〇7〇24· 4H2〇的摩爾比為 14:1。
[0013] (2)石墨相氮化碳(g-C3N4)的制備
[0014] 稱取三聚氰胺放入陶瓷坩堝中，550°C煅燒4h，升溫速率為2.3°C/min，冷卻至室 溫，研磨得到黃色固體即為石墨相氮化碳(結構式如式I)。
[0016] (3)不同 pH 值的 Bi2Mo06/g-C3N4 的制備
[0017] 分另lj稱取不同pH值的Bi2Mo〇6和g-C3N4放入無水乙醇中，將溶劑放入超聲波清洗器 (頻率為50KHz，功率密度0.24W/cm2)超聲2h，兩溶劑混合放在恒溫攪拌器上攪拌12h，離心 后放入烘箱烘干得到產品（結構式如式Π )。
[0018] 其中步驟(3)中Bi2Mo〇6和g-C3N4的質量比為2:1。
[0019] 其中步驟⑶中Bi2Mo06與無水乙醇的比例為0.08g:20ml。
[0021 ]鉬酸鉍/石墨相氮化碳復合催化劑的應用，用于光催化降解羅丹明（RhB)，按照下 述步驟進行：
[0022] 稱取25mg催化劑放入試管中，加入50ml 10mg/L羅丹明B溶液，用500W氙燈作為光 源，進行光催化降解反應。暗反應時間為30min，光反應每lOmin取次樣，進行離心，進而測其 吸光度。
[0023]本發明采用超聲浸漬法制備不同pH值的Bi2Mo〇6/g_C3N4復合材料，通過調節 Bi2M〇06的不同pH值制備出不同的復合材料，從而得到了具有不同催化活性的復合物。其優 點如下：
[0024] (1)制備催化劑Bi2M〇06/g_C 3N4的原料易得，制備方法容易。
[0025] (2)制備出的催化劑Bi2M〇06/g_C 3N4光催化活性好。
【附圖說明】
[0026] 圖 1 為實施例 1 ~3不同催化劑的XRD圖，（a:Bi2Mo〇6(pH=5)，b:Bi2Mo〇6(pH=7)，c: Bi 2Mo〇6 (pH=9)，d: Bi2Mo〇6 (pH = 11)，e: Bi2Mo06/g-C3N4(pH=5)，f: Bi2Mo06/g-C3N4(pH=7)， g: Bi2Mo〇6/g-C3N4(pH=9)，h: Bi2Mo〇6/g-C3N4(pH = 11)，i : g_C3N4)。
[0027] 圖2為實施例3不同pH值的Bi2Mo〇6/g-C3N4的TEM圖，（a:Bi2Mo0 6/g-C3N4(pH = 5)，b: Bi2Mo〇6/g-C3N4(pH=7)，c: Bi2Mo〇6/g-C3N4(pH=9)，d: Bi2Mo〇6/g-C3N4(pH = 11))。
[0028] 圖3為實施例4 25mg Bi2Mo06/g-C3N4(pH=7)降解lOmg/L羅丹明B的紫外譜圖。
【具體實施方式】
[0029] 為了更好的解釋本發明，下面結合實施例進一步闡述本發明的內容，但本發明的 內容不僅僅局限于以下的實施例。
[0030] 實施例1
[0031] (1)不同pH值的Bi2Mo06的制備
[0032] 量取3.47臟〇181(勵3)3.5!12〇和0.248臟〇1(順4)6]?〇7〇24.4!12〇分別溶于2〇11^乙二 醇，兩溶液混合后用NaOH溶液調節混合溶液的pH值，獲得pH=5，7，9，11的溶液，攪拌15min。 然后將溶液倒入高壓反應釜180°C反應24h，冷卻后抽濾并用蒸餾水、無水乙醇洗滌幾次，80 °(：烘干即可。我們對pH值的Bi 2Mo06進行了 XRD表征，如圖la，b，c，d所示，不同pH值的Bi2Mo06 具有不同的晶型結構。
[0033] (2)石墨相氮化碳(g_C3N4)的制備
[0034]用電子天平稱取5g的三聚氰胺放入陶瓷坩堝中，在550°C下煅燒4h，升溫速率為 2.3°C/min，冷卻至室溫后研磨，得到的黃色固體即為石墨相氮化碳。如圖li所示，在13.1° 和27.4°處出現了對應于（100)和(002)晶面的g-C 3N4衍射特征峰。
[0035] (3)不同 pH值的 B i 2Mo06/g-C3N4的制備
[0036] 分別稱取0.10g不同pH值的Bi2Mo06溶于20mL無水乙醇中，作為A溶液。稱取0.05g g-C 3N4放入20mL無水乙醇中，作為B溶液。將A、B溶液放入超聲波清洗器(頻率為50KHz，功率 密度0.24W/cm 2)超聲2h，A溶液逐滴加入到B溶液中并不斷攪拌，混合溶液放在恒溫攪拌器 上攪拌12h，離心后放入烘箱烘干得到產品。制備出的復合催化劑的XRD如圖le，f，g，h，出現 了Bi 2Mo06和g-C3N4衍射特征峰，表明了Bi2Mo0 6負載到了 g-C3N4上，這也可以有圖2中的TEM圖 進一步表明。
[0037] (4)光催化降解羅丹明B(RB)
[0038] 分別稱取25mg不同pH值的Bi2Mo06/g-C 3N4催化劑放入試管中，加入50ml 10mg/L羅 丹明B溶液，用500W氙燈作為光源，進行光催化降解反應。暗反應時間為30min，光反應每 lOmin取次樣，進行離心，進而測其吸光度。圖3為25mg Bi2Mo〇6/g-C3N4(pH = 7；^_|10mg/L 羅丹明B的紫外譜圖，50min內的降解率達到97.82%。
【主權項】
1. 鉬酸鉍/石墨相氮化碳復合催化劑的制備方法，其特征在于按照下述步驟進行： (1) 不同pH值的Bi2Mo〇6的制備 量取Bi(N03)3 · 5H20和（NH4)6M〇7〇24 · 4H20分別溶于乙二醇，兩溶液混合后用NaOH溶液 調節pH值，獲得pH=5, 7, 9，11的溶液； 然后將溶液倒入高壓反應釜180°C反應24 h，冷卻后抽濾并用蒸餾水、無水乙醇洗滌， 80 °C烘干即可； (2) 石墨相氮化碳（g-C3N4)的制備 稱取三聚氰胺放入陶瓷坩堝中，550 °C煅燒4 h，升溫速率為2.3 °C/min，冷卻至室溫， 研磨得到黃色固體即為石墨相氮化碳； (3) 不同pH值的Bi2Mo06/g-C3N4的制備 分別稱取不同pH值的Bi2M〇06和g-C3N4放入無水乙醇中，將溶劑放入超聲波清洗器(頻 率為50 KHz，功率密度0.24 W/cm2)超聲2 h，兩溶劑混合放在恒溫攪拌器上攪拌12 h，離心 后放入烘箱烘干得到產品。2. 根據權利要求1所述的鉬酸鉍/石墨相氮化碳復合催化劑的制備方法的制備方法，其 特征在于其中步驟(1)中Bi(N03) 3 · 5H20與(ΝΗ4)6Μ〇7〇24 · 4H20的摩爾比為14:1。3. 根據權利要求1所述的鉬酸鉍/石墨相氮化碳復合催化劑的制備方法的制備方法，其 特征在于其中步驟(3)中Bi2Mo0 6和g-C3N4的質量比為2:1。4. 根據權利要求1所述的鉬酸鉍/石墨相氮化碳復合催化劑的制備方法的制備方法，其 特征在于其中步驟(3)中Bi2Mo0 6與無水乙醇的比例為0.08 g:20 ml。5. 權利要求1所述的鉬酸鉍/石墨相氮化碳復合催化劑的制備方法的的應用，其特征在 于用于光催化降解羅丹明B(RhB)，按照下述步驟進行： 稱取25 mg催化劑放入試管中，加入50 ml 10 mg/L羅丹明B溶液，用500 W氙燈作為光 源，進行光催化降解反應;暗反應時間為30 min，光反應每10 min取次樣，進行離心，進而測 其吸光度。
【文檔編號】A62D3/17GK106076389SQ201610427952
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月15日
【發明人】梁倩, 張淼, 李忠玉
【申請人】常州大學