一种三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于环境材料制备技术领域，具体涉及一种三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂及其制备方法和应用。本发明专利技术制备三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂的方法具体为：将二维石墨烯、抗坏血酸溶解于去离子水中，超声，磁力搅拌，水浴反应，得到三维石墨烯；将五水硝酸铋溶于去离子水，加入三维石墨烯，超声、搅拌，加入偏钒酸铵，磁力搅拌，加入尿素，油浴反应，得到三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂。本发明专利技术的制备方法简单易行，采用原位生长法，无毒的BiVO4与三维石墨烯结合，制备得到三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂。本发明专利技术的三维石墨烯立体多孔的结构拥有更大的比表面积，可使复合光催化剂反应位点更多，对四环素表现出优异的光催化性能，适合于大规模降解四环素。

【技术实现步骤摘要】
一种三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂及其制备方法和应用
本专利技术属于环境材料制备
，具体涉及一种三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
抗生素（Antibiotics）也称为“抗细菌剂”，是一类用于抑制细菌生长或杀死细菌的药物。是由微生物（包括细菌、真菌、放线菌属）所产生的具有抑制其它类微生物生长、生存的一类次级代谢产物，以及用化学方法合成或半合成的类似化合物。我国抗生素滥用现象十分严重，大量的抗生素会污染土壤和水源，更会损害人类的身体健康。因此，消除环境中的抗生素已成为广大科研工作者迫切关注和急需解决的问题。石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，比纳米碳管高，电阻率只约10-6Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。但是二维石墨烯的比表面积小，其与单体光催化剂结合的反应位点少。另外，BiVO4是一种稳定的半导体材料，其带隙仅为2.4ev，具有四方、正交、单斜三种晶型，其中单斜晶型的BiVO4光催化活性最好，其光吸收范围可以拓展到可见光区域。同时BiVO4因为其廉价、无毒，不含对人体有害的重金属元素，是一种环保低碳的金属氧化物质。但是纯的单体钒酸铋也存在光生电子易复合，比表面积小的问题，单体钒酸铋的降解活性仍有待提高这是由于其电子-空穴对的较差的迁移效率和较弱的表面吸附性质，光诱导电子和空穴的快速重组可导致相对较低的光催化效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的技术缺陷，如：二维石墨烯的比表面积小，其与单体光催化剂结合的反应位点少；纯的单体钒酸铋也存在光生电子易复合，比表面积小的问题等，本专利技术提供了一种三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂的制备方法，本专利技术以水热法为技术手段，制备出三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂。具体的，本专利技术按以下技术方案进行：（1）制备三维石墨烯：将二维石墨烯、抗坏血酸溶解于去离子水中，放入超声清洗机中超声后，再进行磁力搅拌，将得到的混合液进行水浴反应后，水洗；将得到的反应液冷冻干燥，得到三维石墨烯（rGH）；（2）制备三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂：将五水硝酸铋溶于去离子水，之后加入三维石墨烯，超声，搅拌后，加入偏钒酸铵，磁力搅拌，加入尿素，油浴反应，离心，洗涤，干燥，得到三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂（rGH/BiVO4）。步骤（1）中，所述二维石墨烯与抗环血酸的质量比为1:15-20，所述超声时间为1-2h，所述磁力搅拌的时间为0.5h，所述水浴温度为90-99℃，水浴反应时间为1.5-2h；步骤（2）中，所述五水硝酸铋、三维石墨烯的质量比为485:2.43-7.27；五水硝酸铋与偏钒酸铵的摩尔比为1:1；三维石墨烯与尿素的质量比为2.43-7.27:3000-5000；步骤（2）中，所述超声的时间为0.5h；所述搅拌的时间为2h；所述磁力搅拌的时间为1h；所述油浴反应的温度为80-100℃，所述油浴反应时间为24-36h。按照以上技术步骤所制备的三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂，其中三维石墨烯占BiVO4的质量百分比为0.5%-1.5%。本专利技术还提供了一种三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂，BiVO4颗粒分散在三维石墨烯的表面，其中，BiVO4颗粒呈球形，粒径在50nm-200nm之间；三维石墨烯呈现出多孔立体的结构。本专利技术还提供了一种三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂的应用，所述复合光催化剂用于降解四环素。与现有的技术相比较，本专利技术的有益效果体现如下：（1）本专利技术制备方法简单易行，将五水硝酸铋、偏钒酸铵、制备的三维石墨烯为原料，采用原位生长法，无毒的BiVO4与三维石墨烯结合，制备生成三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂。由附图2可以看出，三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂的最大吸收波长相对于单体BiVO4扩大了，进而扩大了催化剂的光吸收范围，从而提高了光能的利用率。（2）由附图3可以看出，本专利技术制备的三维石墨烯呈现出立体多孔的结构，而不是传统二维石墨烯的片状结构。立体多孔的结构拥有更大的比表面积，可以使三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂拥有更多的反应位点，可以使光反应更加充分，提高光催化的效率。由附图4可以看到BiVO4颗粒均匀分散在三维石墨烯里面。（3）本专利技术制备的半导体光催化材料三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂在经光照射后，通过与污染物分子的界面相互作用，产生出氧化性很强的自由基基团，就可以有效的降解污染物，是一种绿色环保的技术；本专利技术制备的三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂对10mg/L四环素的降解率可达到95%，对20mg/L四环素的降解率可达到73%，表现出优异的光催化性能。因此，本专利技术成功实现了三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂降解废水的目的。附图说明图1为本专利技术制备的三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂的XRD图；图2为本专利技术制备的三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂的UV-vis图；图3为二维石墨烯（a）与本专利技术制备的三维石墨烯（b）的SEM图；图4为本专利技术制备的三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂的TEM图。具体实施方式下面结合具体实施实例对本专利技术做进一步说明。本专利技术中所用的五水硝酸铋，偏钒酸铵，尿素均为分析纯，购于国药化学试剂有限公司。四环素为标品，购于上海顺勃生物工程有限公司。本专利技术技术方案中的去离子水的用量为能使固体完全溶解即可。光催化活性评估：在DW-01型光化学反应仪（购自扬州大学教学仪器厂）中进行，可见光灯照射，将100ml四环素模拟废水加入反应器中并测定初始吸光度，然后加入复合光催化剂，磁力搅拌，并打开气泵向溶液中通空气，使催化剂在溶液中处于均匀的悬浮状态，待达到吸附平衡后，打开光源，之后每10min取样进行分析。离心获得上清液后在分光光度计λmax=360nm处测定吸光度，并通过公式：DR=[（A0-Ai）/A0]×100%算出降解率，其中A0为达到吸附平衡时四环素溶液的吸光度，Ai为定时取样测定的四环素溶液的吸光度。实施例1：（1）三维石墨烯的制备：取100mg二维石墨烯放入250mL烧杯中，再加入1.5g抗坏血酸，之后取100mL去离子水溶解，放入超声清洗机中超声1h，之后再磁力搅拌0.5h；将得到的混合液放入90℃水浴锅中水浴1.5h之后，水洗5遍，将得到的反应液放到冷冻干燥机里干燥2天，收集样品，得到三维石墨烯（rGH）。（2）三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂的制备：取一个250mL的烧杯，称取1mmol五水硝酸铋（0.485g）溶于去离子水，之后加入2.43mg三维石墨烯，超声0.5h，剧烈搅拌2h，然后缓慢加入1mmol偏钒酸铵（0.117g），磁力搅拌1h后，加入3g尿素，在80℃油浴中反应24h，离心，洗涤，干燥，收集样品，得到三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂（rGH/BiVO4），其中三维石墨烯占BiVO4的质量百分比为0.5%。（3）光催化反应：取步骤（2）中的三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂样品，在光化学反应仪中进行光催化降解实验，测得0.05g光催化剂对10mg/L抗生素四环素的降解率在1h内达到87%；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）制备三维石墨烯：将二维石墨烯、抗坏血酸溶解于去离子水中，放入超声清洗机中超声后，再进行磁力搅拌，将得到的混合液进行水浴反应后，水洗；将得到的反应液冷冻干燥，得到三维石墨烯；（2）制备三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂：将五水硝酸铋溶于去离子水，之后加入三维石墨烯，超声，搅拌后，加入偏钒酸铵，磁力搅拌，加入尿素，油浴反应，离心，洗涤，干燥，得到三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）制备三维石墨烯：将二维石墨烯、抗坏血酸溶解于去离子水中，放入超声清洗机中超声后，再进行磁力搅拌，将得到的混合液进行水浴反应后，水洗；将得到的反应液冷冻干燥，得到三维石墨烯；（2）制备三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂：将五水硝酸铋溶于去离子水，之后加入三维石墨烯，超声，搅拌后，加入偏钒酸铵，磁力搅拌，加入尿素，油浴反应，离心，洗涤，干燥，得到三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂。2.根据权利要求1所述的三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述二维石墨烯与抗环血酸的质量比为1:15-20。3.根据权利要求1所述的三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述超声时间为1-2h，所述磁力搅拌的时间为0.5h；所述水浴温度为90-99℃，所述水浴反应时间为1.5-2h。4.根据权利要求1所述的三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述五水硝酸铋、三维石墨烯的质量比为485...

【专利技术属性】
技术研发人员：严必胜，吴春霞，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32