一种纳米片状铈掺杂钼酸铋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纳米片状铈掺杂钼酸铋催化剂的制备方法，采用简单的一步水热法，且无需对反应液的PH进行调节，绿色环保，无酸碱污染。所述纳米片状铈掺杂钼酸铋材料可用作可见光响应光催化剂，具有均一的薄片状形貌，平均厚度为20～30nm；且由于其较薄的片状结构和铈离子的引入，促进了光子的吸收，实现了光生载流子的高效分离，从而在可见光照射下表现出极高的光催化性能，在染料废水的降解和水体细菌的杀除方面均表现出较高的催化活性，应用前景广阔。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光催化材料制备的
，具体涉及。
技术介绍
水的消毒对人类的健康而言是十分重要的，据统计，每年都有数以万计的死亡以及百万计的疾病病例都是由被微生物所污染的水所直接导致的。对于水体的消毒，传统的消毒方法存在诸多弊端，例如用氯化物或是臭氧的消毒方法会导致副产物的生成，这是由于氯或者臭氧在消毒的过程中会跟水体中的有机化合物生成一些有机配体，而这些有机配体都具有一定的毒性，有的甚至对人体危害很大；紫外线消毒由于不用引入氯或者臭氧等物质，所以不会存在这些毒性副产物的问题，但是紫外光自身对人体的危害很大，加之这种消毒方式的能耗较大，消毒的同时也会给能源带来较大负担。近年来，光催化反应的研究不断深入并具备前所未有的优势，以太阳光为能量供给解决了能耗问题，同时催化反应可以同时进行菌类的杀除和有机物的降解，可谓一举两得。有机染料作为水体污染中的另一种非常普遍而严重的污染形式，具有高毒性、强致癌性和致突变性等危害，加之其不易直接降解和转化以及在生活中的广泛存在性，有机染料将对人类及其生存环境产生不可估量的严重后果。传统的生物方法、物理方法等由于应用条件苛刻和无法根本去除有机污染源等特点而受到限制。光催化技术同样为有机污染问题的解决提供了一种新的途径。传统的Ti02、ZnO等催化剂仅可在紫外光范围内起到催化作用，而紫外光在太阳光中的比例仅占不到10%，这使得光催化技术难以在实际应用中发挥作用。因此，开发出在可见光范围内有响应的光催化剂，使其可以应用在水体细菌的杀灭和有机污染源的降解上，具有十分重要的研究意义和价值。在众多已报道的可见光光催化材料中，钼酸铋因其独特的奥里维里斯族晶体结构(铋氧层和钼氧层相间堆积)表现出良好的可见光响应性能，且具有优异的电子传输性能，在光催化领域具有很好的应用前景。目前，钼酸铋的研究主要集中在形貌调控、表面修饰、贵金属负载、掺杂改性等，以期望能在光催化性能方面有所提高。AnukornPhuruangrat在研究中报道了一种铺掺杂型钼酸祕纳米材料的合成方法(Journal ofNanomaterials, 2014，2014，934165)，但是该篇文章报道的铈掺杂钼酸铋材料的纳米片较厚、均一性较差，且合成过程中需要对反应液pH进行调节，步骤繁琐且容易造成酸碱污染。对于铈掺杂的钼酸铋片状纳米材料而言，其光催化活性与片的厚度及均一性有着密切关系，因此研制一种合成均一纳米片状的铈掺杂钼酸铋纳米材料的简单方法亟需解决。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的不足，提供，所述的铈掺杂钼酸铋催化剂形貌均一，呈薄片状，在可见光照射下表现出极高的光催化性能和杀菌性能，且涉及的制备方法简单，产率高，成本低，生产过程绿色环保，稳定性高，适合推广应用。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为:—种纳米片状铈掺杂钼酸铋催化剂的方法，其特征在于，该方法包括以下两个步骤:1)在水中加入五水硝酸铋和二水钼酸钠，在搅拌条件下加入六水硝酸铈，继续搅拌至混合混匀，得反应溶液；2)将所得反应溶液置于高压反应釜中，进行水热反应，所得沉淀进行离心洗涤、干燥冷却，即得所述的纳米片状铈掺杂钼酸铋催化剂。上述方案中，所述五水硝酸铋、二水钼酸钠和六水硝酸铈的摩尔比为1:0.5: (0.16 ?2)。上述方案中，所述水热反应条件为:在160?180°C温度下反应20?24h。本专利技术采用一步水热法，钼酸铋晶体在酸性反应液中成核并生长(pH值为2左右)，可有效控制所得纳米片的厚度，使得所生成的晶体形貌呈较薄的纳米薄片状，同时成功地将铈掺入到钼酸铋的晶格中。该方法制备工艺简单，产率高，成本低，生产过程绿色环保，稳定性高，符合实际生产需要，有较大的应用潜力。根据上述方案制备的纳米片状铈掺杂钼酸铋催化剂，其形貌呈均一的薄片状，平均厚度为20?30nm。根据上述方案制备的纳米片状铈掺杂钼酸铋催化剂在可见光催化去除水体污染物领域中的应用，具体为应用于光催化降解罗丹明B和亚甲基蓝，以及光致杀除黄色葡萄球菌。本专利技术制备的纳米片状铈掺杂钼酸铋催化剂由于其较薄的片状结构和铈离子的引入，促进了光子的吸收，实现了光生载流子的高效分离，从而在可见光照射下表现出极高的光催化性能。本专利技术的有益效果为:1)本专利技术以简单的一步水热法制备出片状铈掺杂钼酸铋催化剂，制得的片状铈掺杂钼酸铋催化剂具有均一的薄片状形貌，平均厚度为20?30nm。2)本专利技术涉及的制备工艺简单，产量高，成本低，生产过程中不需要对反应液pH条件进行调控，减少酸碱的使用，绿色环保，所得产物稳定性高，符合实际生产需要，有较大的应用潜力。3)本专利技术制备的铈掺杂钼酸铋由于其较薄的片状结构和铈离子的引入，在染料废水的降解和水体细菌的杀除方面均表现出较高的催化活性，应用前景广阔。【附图说明】图1为实施例1所得纳米片状铈掺杂钼酸铋的X射线衍射分析(XRD)图谱。图2为实施例1所得纳米片状铈掺杂钼酸铋的X射线光电子能谱(XPS)图。图3为实施例1所得纳米片状铈掺杂钼酸铋的扫描电子显微镜(SEM)图谱。图4为实施例1所得纳米片状铈掺杂钼酸铋和纯相钼酸铋的可见光光催化降解(a)亚甲基蓝和(b)罗丹明B的性能对比图。图5为实施例1所得纳米片状铈掺杂钼酸铋和纯相钼酸铋的可见光光催化杀灭金黄色葡萄球菌的性能对比图。【具体实施方式】为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术不仅仅局限于下面的实施例。以下实施例如无具体说明，采用的试剂市售化学试剂或工业产品。为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术不仅仅局限于下面的实施例。以下实施例如无具体说明，采用的试剂市售化学试剂或工业产品。实施例1一种纳米片状铈掺杂钼酸铋催化剂，其制备方法包括如下步骤:1)在水中加入lmmol五水硝酸祕和0.5mmol 二水钼酸钠，在搅拌条件下加入0.5mmol六水硝酸铺，继续搅拌2h至原料混合均勾，得反应溶液；2)将所得反应溶液置于内衬为聚四氟乙烯的不锈钢高压反应釜中，加热至180°C反应24h后，所得沉淀进行离心洗涤去除残留溶质，干燥冷却后即得最终产物。将本实施例所得产物进行X射线衍射分析，结果见图1，图中主峰与正交相的标准图谱JCPDS 10-221—致，且没有其它杂质峰当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米片状铈掺杂钼酸铋催化剂的方法，其特征在于，该方法包括以下两个步骤：1)在水中加入五水硝酸铋和二水钼酸钠，在搅拌条件下加入六水硝酸铈，继续搅拌至混合混匀，得反应溶液；2)将所得反应溶液置于高压反应釜中，进行水热反应，将所得沉淀进行离心洗涤、干燥冷却，即得所述的纳米片状铈掺杂钼酸铋催化剂。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈嵘，代赞，杨浩，赵慧平，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42