一种高活性mpg‑C3N4/RE‑BiVO4异质结光催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高活性mpg‑C3N4/RE‑BiVO4异质结光催化剂及其制备方法和应用，先制备mpg‑C3N4粉体并将其分散在乙醇中；然后将五水硝酸铋溶液与偏钒酸铵溶液混合并调节其pH值，再加入稀土硝酸盐，得前驱RE‑BiVO4悬浊液；再将mpg‑C3N4醇溶液加入前驱RE‑BiVO4悬浊液中，得反应前驱液，最后采用微波水热法制得mpg‑C3N4/RE‑BiVO4异质结光催化剂。该催化剂为介孔mpg‑C3N4和棒状四方锆石相RE‑BiVO4形成的异质结结构，在模拟太阳光照射下具有较高的光催化活性，大大改善了纯相BiVO4的光催化效率，在环境污染物等处理方面具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于功能材料领域，具体涉及一种高活性mpg-C3N4/RE-BiV04。
技术介绍
随着工业化的不断深入，日益增长的环境问题逐渐威胁到了人类社会的可持续发展。半导体光催化是解决这些环境问题的一种非常好的选择，因为它意味着可以采用一种绿色的方式直接利用太阳光降解污染物。考虑到在光催化过程中光生载流子发挥了主要的作用，一个活性高的光催化剂应该拥有比较宽的光谱吸收范围和非常高的量子产率。将两种能带匹配的窄带隙半导体复合，光生载流子在两种复合的半导体之间的转移将会提高量子产率。石墨相氮化碳(Hipg-C3N4)和8”04是目前两种研究非常热门的窄带隙半导体光催化剂。Hipg-C3N4的带隙宽度为2.7eV，在可见光下裂解水制氢和降解有机染料都展示了优良的活性。此外，Hipg-C3N4的大的比表面积和二维平面共轭结构使得它非常适合作为复合材料的基体材料。BiVO4的禁带宽度为2.4eV，拥有很强的可见光吸收能力，同时它的无毒性和化学稳定性使得其成为了一种非常具有实用意义的光催化剂。迄今为止，制备11^^-(:#4/1?^￥04异质结光催化剂的工作尚未见报道，也没有专利和文献报道过制备mpg-C3N4/RE_BiV04异质结光催化剂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高活性mpg-C3N4/RE_BiV04，该方法操作简单，反应时间短，反应条件温和，制备的mpg-C3N4/RE_BiV04异质结光催化剂具有高的降解活性，能够有效地改善纯相BiVOd^光催化效率。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为:—种高活性11^^-(:#4/1?^￥04异质结光催化剂的制备方法，包括以下步骤:步骤1:将浓度为2.1?2.15mol/L的三聚氰胺水溶液与浓度为0.8?0.85mol/L的纳米S12水溶液按体积比为3:2混合均匀，超声分散后再搅拌均匀，然后烘干，得白色固体，将白色固体研细后装入坩祸中，在队气氛炉中升温至540?560°C煅烧4h，得淡黄色粉末，再用NH4HF2水溶液腐蚀淡黄色粉末，除去其中的S1 2模板，最后洗涤、干燥，得到Hipg-C3N4粉体；步骤2:将Hipg-C3N4粉体加入到乙醇中超声分散均匀，得到mpg-C 3N4醇溶液；步骤3:将Bi (NO3)3.5Η20溶于水中，搅拌均匀，得铋盐溶液；将NH4VO3溶于热水中，加热搅拌均匀，得钒盐溶液； 步骤4:按Bi与V的摩尔比为1:1将钒盐溶液加到铋盐溶液中，搅拌均匀，得混合液，调节混合液的pH值为8，继续搅拌均勾；步骤5:将RE(NO3)3.6H20加入到调节了 pH值后的混合液中，搅拌均匀，得前驱RE-BiVO4悬浊液;其中RE(N03)3.6H20为Nd(N03)3.6H20或者Nd(N03)3.6H20与Er(N03)3.6H20的混合物，前驱RE-BiVO^浊液中RE与Bi的摩尔比为(10.52?11.11): 100 ；步骤6:将Hipg-C3N4醇溶液加入前驱RE-BiVO 4悬浊液中，先搅拌均匀，然后超声分散，再继续搅拌均匀，得反应前驱液；反应前驱液中Hipg-C3N4与V的摩尔比为(0.8?1.2):1 ；步骤7:将反应前驱液加入微波水热反应釜中，将微波水热反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定压力为1.3MPa，在300W的微波功率下，从室温升温至95?105°C，保温7?9min ;然后继续升温至145?155°C，保温7?9min ;再继续升温至175?185°C，保温35?45min后结束反应；步骤8:待反应结束后，冷却至室温，取出微波水热反应釜中的沉淀物，洗涤、干燥，得到高活性mpg-C3N4/RE_BiV04异质结光催化剂。所述步骤I中超声分散的时间为55?65min ；所述步骤2中超声分散的时间为I?4h ;所述步骤6中超声分散的时间为I?2h。所述步骤I中的烘干温度为75?85°C ;所述步骤I中的升温速度为2?3°C /min。 所述NH4HFyK溶液的浓度为3.5?4.5mol/L ；所述铋盐溶液和钒盐溶液的浓度为0.35?0.45mol/L0所述步骤3中搅拌均匀所需的时间为15?25min ;加热搅拌均匀所需的时间为15?25min，加热温度为90?100°C。所述步骤4中用浓度为5mol/L的NaOH溶液调节混合液的pH值，且调节pH值时NaOH溶液的滴加速度为0.01?lmL/min。所述步骤4中搅拌均匀所需的时间为15?25min ；所述步骤5中搅拌均匀所需的时间为25?35min ；所述步骤6中搅拌均匀所需的时间为35?45min。所述步骤8中的干燥为在75?85°C下干燥22?24h。高活性Iiipg-C3PVRE-BiVOz^质结光催化剂，其为介孔mpg-C 3N4和棒状四方错石相RE-BiVO4两相共存结构，且mpg-C 3N4和RE-BiVO 4形成异质结结构，mpg-C 3N4和RE-BiVO 4的摩尔比为(0.8?1.2): 1，RE为Nd或Nd+Er，其孔径为3?65nm。高活性mpg-C3N4/RE_BiV04异质结光催化剂在降解有机物方面的应用。相对于现有技术，本专利技术的有益效果为:本专利技术提供了一种高活性11^^-(:#4/1?^￥04异质结光催化剂的制备方法及应用。首先制备Hipg-C3N4粉体并将其分散在乙醇中，然后以五水硝酸铋(Bi(NO3)3.5H20)为铋源，偏钒酸铵(NH4VO3)为钒源，并稀土硝酸盐(RE(NO3)3.6H20)进行稀土元素掺杂，再加入mpg-C3N4，通过微波水热法一步合成高活性mpg-C3N4/RE_BiV04异质结光催化剂。其中介孔氮化碳(mpg-C3N4)作为一种有机半导体材料，具有类石墨的层状结构。申请人通过比较Hipg-C3N4和BiVO 4的能带结构，发现它们是非常匹配的交错型能带结构，可以用来进行复合形成异质结结构，能有效分离光致电子空穴，提高催化剂的光催化活性。本专利技术合理利用mpg-C3N4的介孔及层状结构特点，将其与RE-BiVO 4无机半导体复合形成mpg-C 3N4/RE-BiVO4异质结光催化剂，制备的这种异质结催化剂为多孔材料，具有较高的光催化活性，有效地提高纯相BiVOj^光催化降解有机物的效率。本专利技术采用微波水热法一步合成高活性mpg-C3N4/RE_BiV04异质结光催化剂，以微波作为加热方式，结合了微波加热与水热法的优点，其操作流程简易，反应时间短，反应条件温和，合成的mpg-C3N4/RE_BiV04异质结光催化剂具有高的光催化活性，在环境污水等处理方面具有良好的应用前景。本专利技术制备的高活性11^^-(:#4/1?^￥04异质结光催化剂为介孔mpg-C 3N4和棒状四方锆石相RE-BiVO4两相共存结构，且Hipg-C3N4和RE-BiVO4B成异质结结构，为介孔材料，孔径为3?65nm，具有较大的比表面积。该mpg-C3N4/RE_BiV04异质结光催化剂在模拟太阳光照射下具有较高的光催化活性，能够有效地提高纯相扮￥04的光催化降解有机物的效率，在环境污水等处理方面具有良好的应用前景。【附图说明】图1是本专利技术制备的mpg-C3N4/RE_BiV04异质结光催化剂的傅里叶变换红外光谱图(FT-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高活性mpg‑C3N4/RE‑BiVO4异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将浓度为2.1～2.15mol/L的三聚氰胺水溶液与浓度为0.8～0.85mol/L的纳米SiO2水溶液按体积比为3:2混合均匀，超声分散后再搅拌均匀，然后烘干，得白色固体，将白色固体研细后装入坩埚中，在N2气氛炉中升温至540～560℃煅烧4h，得淡黄色粉末，再用NH4HF2水溶液腐蚀淡黄色粉末，除去其中的SiO2模板，最后洗涤、干燥，得到mpg‑C3N4粉体；步骤2：将mpg‑C3N4粉体加入到乙醇中超声分散均匀，得到mpg‑C3N4醇溶液；步骤3：将Bi(NO3)3·5H2O溶于水中，搅拌均匀，得铋盐溶液；将NH4VO3溶于热水中，加热搅拌均匀，得钒盐溶液；步骤4：按Bi与V的摩尔比为1:1将钒盐溶液加到铋盐溶液中，搅拌均匀，得混合液，调节混合液的pH值为8，继续搅拌均匀；步骤5：将RE(NO3)3·6H2O加入到调节了pH值后的混合液中，搅拌均匀，得前驱RE‑BiVO4悬浊液；其中RE(NO3)3·6H2O为Nd(NO3)3·6H2O或者Nd(NO3)3·6H2O与Er(NO3)3·6H2O的混合物，前驱RE‑BiVO4悬浊液中RE与Bi的摩尔比为(10.52～11.11):100；步骤6：将mpg‑C3N4醇溶液加入前驱RE‑BiVO4悬浊液中，先搅拌均匀，然后超声分散，再继续搅拌均匀，得反应前驱液；反应前驱液中mpg‑C3N4与V的摩尔比为(0.8～1.2):1；步骤7：将反应前驱液加入微波水热反应釜中，将微波水热反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定压力为1.3MPa，在300W的微波功率下，从室温升温至95～105℃，保温7～9min；然后继续升温至145～155℃，保温7～9min；再继续升温至175～185℃，保温35～45min后结束反应；步骤8：待反应结束后，冷却至室温，取出微波水热反应釜中的沉淀物，洗涤、干燥，得到高活性mpg‑C3N4/RE‑BiVO4异质结光催化剂。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谈国强，罗洋洋，董国华，刘婷，任慧君，夏傲，王通，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61