[發明專利]一種可見光響應的藍薊頭花型釩酸鈰催化劑的制備及其應用

有效

• 申請號: 201810754329.5
• 申請日: 2018-07-11
• 公開（公告）號: CN109174078B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 陸光;倫子帥;張爽;王菲;王輝;梁紅玉
• 申請（專利權）人: 遼寧石油化工大學
• 主分類號: B01J23/22
• 分類號: B01J23/22;B01J35/08;B01J37/10;B01J37/34;C02F1/30;C02F101/34;C02F101/36;C02F101/38
• 代理公司: 大連大工智訊專利代理事務所(特殊普通合伙) 21244
• 代理人: 崔雪

本發明提供了一種可見光響應的藍薊頭花型釩酸鈰催化劑的制備及其應用。具體制備方法為：將硝酸鈰Ce(NO₃)₃·6H₂O加入丙三醇和乙二醇的混合溶液中，磁力攪拌至溶解；將偏釩酸銨NH₄VO₃加入到蒸餾水中，磁力攪拌至溶解；上述溶液混合后，調節pH值，超聲后，倒入水熱反應釜中，在100～200℃下反應2～10h；冷卻室溫后，樣品經過離心、洗滌、干燥和焙燒，即得到類藍薊頭花型釩酸鈰。此催化劑在可見光照射下，5h內實現目標污染物左氧氟沙星完全降解。該方法合成路線簡單易控，形貌重現性好，適用于工業大批量生產的需求。

技術領域

本發明涉及一種可見光響應的藍薊頭花型釩酸鈰催化劑的制備及其應用，屬于環境化工光催化水處理技術領域，特別涉及可見光處理抗生素污染廢水。

背景技術

左氧氟沙星是第三代氟喹諾酮類廣譜抗菌藥，在低劑量添加時可以促進畜禽的生長，而高劑量使用時又可以用來治療疾病，因此成為生產量和畜禽養殖業使用量較大的抗生素。然而，左氧氟沙星進入到動物體內后，絕大部分以原藥或代謝產物進入水體，給水體嚴重的污染。因此，如何高效消除抗生素以提高水環境質量已引起許多國家的關注。抗生素廢水成本復雜、COD_Cr濃度高、生物降解難、污染性強等特點，一直是廢水處理中的難題。抗生素廢水處理方法包括吸附法、膜分離法、光催化氧化法、電化學氧化法、超聲波降解法等。其中，光催化氧化法以清潔的太陽能為能源，可以將污染物徹底降解，因此受到廣泛關注。目前，研究和應用最為廣泛的光催化劑是TiO₂，但此催化劑只對約占4％太陽光中的紫外光有響應，而對約占43％可見光沒有響應。為了更好的利用太陽能中的可見光，方法之一就是研發出新型的具有可見光相應的光催化材料。

釩酸鈰基材料由于其獨特的光、電和氧化還原特性而在發光材料、氣體傳感器、氧化催化劑和固體燃料電池電極等領域得到了廣泛的應用。

釩酸鈰最常用的合成方法包括水熱法、溶劑熱法、沉淀法、溶膠-凝膠法和微乳液法。其中溶劑熱法、沉淀法、溶膠-凝膠法和微乳液法制得的納米晶形貌較難控制，形貌不規則，均勻性較差。水熱法可以通過對表面活性劑、反應溫度、反應壓力和反應時間等參數控制反應過程和晶體的生長，達到調控產物形貌和尺寸的目的，制備理想的納米材料。如Anukorn Phuruangrat等通過加入PEG表面活性劑可以獲得納米正方形釩酸鈰；如Feng Luo等加入EDTA可以獲得CeVO₄空心微米球，這些方法制得的釩酸鈰都不具有可見光相應，不能在可見光下降解左氧氟沙星。

發明內容

本發明的目的旨在提供一種簡單、易于操作、催化活性高的釩酸鈰微米球光催化劑的制備工藝。

本發明為實現此目的，本發明一方面提供一種可見光響應的藍薊頭花型釩酸鈰催化劑的制備及其應用，所述釩酸鈰催化劑的微觀形貌是由以中心點輻射的若干個納米管聚集而成的微球狀，形貌類似藍薊頭花，所述微球的直徑為0.5-2μm，所述納米管是錐形且長度約為100-300nm。

作為優選的技術方案，所述催化劑的禁帶寬度為1.62eV，吸收邊帶為765nm。

另一方面本發明提供上述釩酸鈰的制備方法，采用超聲水熱法，包括以下步驟：

步驟1、將硝酸鈰Ce(NO₃)₃·6H₂O加入至丙三醇和乙二醇的混合溶液中，硝酸鈰與混合溶劑總量的質量比為0.05，磁力攪拌至溶解，得混合溶液A；

步驟2、將偏釩酸銨NH₄VO₃加入到蒸餾水中，偏釩酸銨與蒸餾水的質量比為0.06，磁力攪拌至溶解，得混合溶液B；

步驟3、將混合溶液B緩慢滴入混合溶液A中，調節溶液的pH值，室溫超聲處理，得產物C；