[發明專利]一種氧化鐵改性的多孔釩酸鉍納米片光催化劑的制備方法

有效

• 申請號: 201410176203.6
• 申請日: 2014-04-29
• 公開（公告）號: CN103962146A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 周淑美;馬德琨;蔡平;黃少銘
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: B01J23/847
• 分類號: B01J23/847;B82Y30/00;B82Y40/00;A62D3/17;A62D101/26;A62D101/28
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明涉及無機納米光催化材料技術領域，尤其涉及一種氧化鐵改性的多孔釩酸鉍納米片光催化劑的制備方法。

背景技術

環境污染是制約當今人類社會可持續發展的重要問題。目前研究較廣泛的深度處理污染技術包括混凝沉淀法、吸附法以及生物降解法。然而，這些傳統的技術只是將有機污染物進行轉移、富集、部分降解，不能從根本上徹底地降解有毒污染物。同時這些技術也存在成本高、效率低、適用范圍窄等不足。因此，開發高效、低成本、適用范圍廣的污染處理技術和有深度氧化能力的化學污染物清除技術廣為關注。太陽光是一種取之不盡、用之不竭的天然能源。光催化技術，可以利用“綠色”的太陽光，徹底的降解污染物，且不會帶來二次污染。光催化技術研究的核心是高效的光催化劑的開發。

目前，商品化的光催化劑P25只能吸收紫外光，大大限制了它的應用范圍。太陽光中，紫外光比例小于5％，可見光大于43％。因此，有必要發展可見光響應的光催化劑。釩酸鉍是一種可見光響應的光催化劑。它有三種已知晶相，其中單斜相的活性最高。然而，現有報道的單一組成釩酸鉍的光催化活性仍不夠高，難以實際應用。光催化材料的光催化活性與其比表面積、尺寸、材料自身的表面催化活性緊密相關。多孔結構具有大的比表面積，當第二種物相在其表面負載時也可以獲得高的界面積。納米尺度的光催化劑有利于光生載流子迅速遷移到表面，從而具有較高的光催化效率。然而因為尺寸較小，它們難以離心分離再利用。長度與寬度在微米級、厚度在納米級的納米片既可以保持與納米材料一樣的光催化活性，又有利于離心分離再利用。另一方面，釩酸鉍本身的催化活性較弱，特別對于無色的苯酚。利用貴金屬助催化劑如Pt、Ru、Au等可以提高光催化劑的活性。然而，這些貴金屬價格比較昂貴。氧化鐵具有具有廉價、對環境友好、容易制備等優點。用地球元素豐富的氧化鐵代替貴金屬作助催化劑，不僅可以大大提高釩酸鉍的光催化活性而且可以節省材料的成本。

發明內容

針對單一釩酸鉍光催化劑存在催化活性較低之不足，本發明提供了一種高效的氧化鐵改性的多孔釩酸鉍納米片光催化劑及其制備方法。該Fe₂O₃/BiVO₄復合光催化劑在可見光輻照下顯示出優異的光催化活性，不僅可以有效降解染料，對于無色的苯酚也顯示出很高的活性。該光催化劑具有高效、廉價、對環境友好、易離心分離再利用、可規模制備等優點。

本發明采用如下技術方案：

本發明的氧化鐵改性的多孔釩酸鉍納米片光催化劑的制備方法的步驟如下：

(1)首先將硝酸鉍溶解于乙二醇中，攪拌使其溶解，記為溶液A；將氫氧化鈉和對苯二甲酸溶解在水中，攪拌使其溶解，記為溶液B；硝酸鉍、氫氧化鈉和對苯二甲酸的摩爾比為0.5-2:2-6:1-3；乙二醇和硝酸鉍的體積摩爾比為10-30:1ml/mmol，水和對苯二甲酸的體積摩爾比為2-8:1ml/mmol；

(2)將溶液B加入到溶液A中，并在15-25℃下靜置2-6h；

(3)在高壓反應釜中加入步驟(2)的混合溶液，然后再加入與硝酸鉍等摩爾量的偏釩酸鈉，將此混合溶液攪拌均勻后，將反應釜密封后放入干燥箱中，在150-200℃下恒溫反應5-15h，反應結束后自然冷卻至室溫后，將產物取出后離心分離得到固體的多孔釩酸鉍納米片；

(4)在高壓反應釜中加入步驟(3)合成的多孔釩酸鉍納米片、氫氧化鈉、硝酸鐵和水，多孔釩酸鉍納米片、氫氧化鈉、硝酸鐵的摩爾比為1-7:5-15:0.05-1，水和多孔釩酸鉍納米片的體積摩爾比為50-150:1ml/mmol，攪拌均勻后，將反應釜密封，放入干燥箱中，在100-200℃下恒溫反應8-15h，反應結束后自然冷卻至室溫后，將產物取出后離心分離，然后用無水乙醇和去離子水洗滌，再將產物放入真空干燥箱在40-80℃下干燥2-6h，即可獲得氧化鐵改性的多孔釩酸鉍納米片復合光催化劑。

步驟(1)中，優選：硝酸鉍、氫氧化鈉和對苯二甲酸的摩爾比為1:4.25:2；乙二醇和硝酸鉍的體積摩爾比為20:1ml/mmol，水和對苯二甲酸的體積摩爾比為5:1ml/mmol。

步驟(2)中，優選在20℃下靜置4h。

步驟(3)中，優選在180℃下恒溫反應10h。

作為優選的技術方案之一：步驟(4)中，多孔釩酸鉍納米片、氫氧化鈉、硝酸鐵的摩爾比為4:10:0.08，水和多孔釩酸鉍納米片的體積摩爾比為100:1ml/mmol。