五钒酸三钾光催化剂和钒酸铋/五钒酸三钾复合光催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供K

Five vanadium acid three potassium photocatalyst and bismuth vanadate / five vanadium acid three potassium composite photocatalyst and preparation method and application thereof

The present invention provides K

【技术实现步骤摘要】
五钒酸三钾光催化剂和钒酸铋/五钒酸三钾复合光催化剂及其制备方法与应用
本专利技术涉及无机光催化材料，尤其涉及K3V5O14光催化剂和BiVO4/K3V5O14复合光催化剂及其制备方法与应用。
技术介绍
半导体光催化技术具有室温深度反应、可以利用太阳能驱动反应和无二次污染等优势，已被应用于水体污染的修复中。近年来，具有半导体性质的含氧酸盐由于具有能吸收太阳光中的可见光、光催化活性较高以及环境友好的特性，已受到研究者的广泛关注。研究表明，含氧酸盐半导体光催化材料在一定程度上克服了传统TiO2等光催化材料带隙宽度大、电子-空穴易复合及太阳能利用率低等弊端。其中钒酸盐的研究已经较为成熟。钒酸盐类半导体化合物的化学通式可表示为AxVyOz，其中A为碱金属或过渡金属。钒酸盐类半导体光催化材料的禁带宽度普遍较窄，且结构稳定，因而能在可见光照射下表现出较好的光催化性能，具有较高的光催化学活性。近年来报道较多的有钒酸铋(BiVO4)、钒酸铯(Cs2V4O11)和钒酸银(AgxVyOz)等，均是高效率高活性的可见光光催化剂。为了更好的利用太阳能，改善其光催化活性，需要采用多种方法对单体材料进行改性以提高钒酸银半导体材料的光催化性能。
技术实现思路
本专利技术为解决上述技术问题提供一种低成本、高催化活性的K3V5O14光催化剂和BiVO4/K3V5O14复合光催化剂及其制备方法与应用。本专利技术目的采用下述方案来实现：K3V5O14光催化剂，它由以下方法制备：按化学式K3V5O14中元素K与元素V的化学计量比，分别称取原料K源和V源；将两种反应物研磨混合均匀，并利用粉末压片机压片，得到片状混合物；将上述片状混合物在空气气氛下煅烧，煅烧温度为400～700℃，煅烧时间为12～36h，自然冷却后充分研磨，即可得到纯相K3V5O14光催化剂。上述方案中，所述V源为五氧化二钒和偏钒酸铵中的任意一种或两种混合物。上述方案中，所述K源为碳酸钾和硝酸钾中的任意一种或两种混合物。所述的K3V5O14光催化剂在光催化去除亚甲基蓝中的应用。上述方案中，所述应用包括在室温下配置亚甲基蓝溶液并加入所述K3V5O14光催化剂，开启磁力搅拌，在可见光照射下进行催化降解反应。BiVO4/K3V5O14复合光催化剂，它包括BiVO4和K3V5O14，所述BiVO4的质量分数为5％-20％，所述K3V5O14的质量分数为80％-95％。所述的BiVO4/K3V5O14复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：按化学式K3V5O14中元素K与元素V的化学计量比，分别称取原料K源和V源；将两种反应物研磨混合均匀，并利用粉末压片机压片，得到片状混合物；将上述片状混合物在空气气氛下煅烧，煅烧温度为400～700℃，煅烧时间为12～36h，自然冷却后充分研磨，即可得到纯相K3V5O14光催化剂；将K3V5O14与水热法制得的BiVO4在乙醇中混合，利用超声分散；将上述混合物在空气气氛下煅烧，煅烧温度为200-300℃，煅烧时间为1-3h，自然冷却后得到所述BiVO4/K3V5O14复合光催化剂。所述的复合光催化剂在H2O2协同下光催化去除亚甲基蓝中的应用。上述方案中，所述应用包括在室温下配置亚甲基蓝溶液并加入所述复合光催化剂，调节溶液初始pH值，同时滴加H2O2，开启磁力搅拌，在可见光照射下进行催化降解反应。上述方案中，溶液初始pH值为3～11，催化剂加入量为0.25g/L，H2O2加入量占溶液的体积百分比为0.5～1.5％，催化降解反应时间为60～180min。本专利技术的有益效果为：1.本专利技术首次将K3V5O14应用在光催化试验中，并对其在可见光下对染料亚甲基蓝的光催化降解性能和吸附性能进行分析；2.本专利技术首次制备出了BiVO4/K3V5O14光催化复合材料，其作用机制为降解-吸附协同作用；3.本专利技术采取固相法制得纯相K3V5O14，反应在马弗炉中进行，可程序控温，升温、恒温和降温过程较为稳定；4.本专利技术制备过程易于操作，制备方法简单，条件温和无毒，比较安全，用于大批量生产；5.本专利技术最后得到的复合光催化材料产率较高，纯度较高，且在可见光下光催化活性较好。附图说明图1为本专利技术制得的纯相BiVO4样品的X射线粉末衍射图；图2为本专利技术实施例1所制得的纯相BiVO4样品的SEM(扫描电子显微镜)照片；图3为本专利技术实施例2制得纯相K3V5O14样品的X射线粉末衍射图；图4为本专利技术实施例2制得纯相K3V5O14样品的SEM照片；图5为本专利技术实施例2制得纯相K3V5O14样品的TEM(透射电镜)照片；图6为本专利技术实施例2～4制得纯相K3V5O14样品对亚甲基蓝的脱除、吸附曲线；图7为本专利技术实施例7～9中所制得的BiVO4/K3V5O14复合光催化剂样品的X射线粉末衍射图；图8为本专利技术实施例7～9中所制得的BiVO4/K3V5O14复合光催化剂样品的对亚甲基蓝的脱除率曲线与纯相BiVO4降解曲线的对比图；图9为本专利技术的BiVO4/K3V5O14复合光催化材料在实施例10～13中所述条件下对亚甲基蓝的光催化脱除率曲线和吸附率曲线；图10为本专利技术的BiVO4/K3V5O14复合光催化材料在实施例14～16中所述条件下对亚甲基蓝的光催化降解曲线。具体实施方式为使本专利技术的内容、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例和附图进一步阐述本专利技术，这些实施例仅用于说明本专利技术，而本专利技术不仅限于以下实施例。实施例1：纯相BiVO4的制备称取2.5mmol的Bi(NO3)3·5H2O和2.5mmol的NH4VO3，分别溶解在7mL的蒸馏水中磁力搅拌30min，将NH4VO3悬浊液逐滴加入Bi(NO3)3·5H2O中，用NaOH调节pH＝9，继续磁力搅拌30min。将混合悬浊液转移至水热釜内胆中，并加入适量蒸馏水至填充度为80％，在160℃下加热12h，将反应生成的黄色固体用蒸馏水和乙醇冲洗数次至中性，在60℃烘箱烘干6h，得到纯相BiVO4光催化剂，其X射线粉末衍射图(XRD)见图1。本实施例所制备的纯相BiVO4样品的扫描电镜照片(SEM)参见图2。取BiVO4样品投加量为0.25g/L，亚甲基蓝溶液初始浓度为20mg/L，在光催化性能测试开始前先避光吸附30min，然后打开光源。每隔15min取样5mL，高速离心后取上清液测试其吸光度，并计算其降解率，参见图8。实施例2：纯相K3V5O14的制备按化学式K3V5O14中元素K与元素V的化学计量比，分别称取一定摩尔比的原料，K源为碳酸钾和硝酸钾中的一种或两种混合物，V源为五氧化二钒和偏钒酸铵中的一种或两种混合物。将两种反应物研磨混合均匀，并利用粉末压片机压片，得到片状混合物。将上述片状混合物在空气气氛下煅烧，煅烧温度为500℃，煅烧时间为12h，自然冷却后充分研磨，得到纯相K3V5O14光催化剂，其X射线粉末衍射图(XRD)见图3。本实施例所制备的纯相K3V5O14样品的扫描电镜照片(SEM)和透射电镜照片(TEM)下可见为层状结构，分别参见图4和图5。K3V5O14样品在500℃时可见明显层状结构，推测其优良的吸附性能主要是因为其层状结构的存在。当反应温度升高、反应时间增长，其层状结构有可能被破坏，降低其吸附性能，从而影响了对亚甲基蓝的脱除率。K3本文档来自技高网...

【技术保护点】
五钒酸三钾光催化剂，其特征在于，它由以下方法制备：按化学式K

【技术特征摘要】
1.五钒酸三钾光催化剂，其特征在于，它由以下方法制备：按化学式K3V5O14中元素K与元素V的化学计量比，分别称取原料K源和V源；将两种反应物研磨混合均匀，并利用粉末压片机压片，得到片状混合物；将上述片状混合物在空气气氛下煅烧，煅烧温度为400～700℃，煅烧时间为12～36h，自然冷却后充分研磨，即可得到纯相K3V5O14光催化剂。2.如权利要求1所述的五钒酸三钾光催化剂，其特征在于，所述V源为五氧化二钒和偏钒酸铵中的任意一种或两种混合物。3.如权利要求1所述的五钒酸三钾光催化剂，其特征在于，所述K源为碳酸钾和硝酸钾中的任意一种或两种混合物。4.如权利要求1所述的五钒酸三钾光催化剂在光催化去除亚甲基蓝中的应用。5.如权利要求4所述的应用，其特征在于，所述应用包括在室温下配置亚甲基蓝溶液并加入所述五钒酸三钾光催化剂光催化剂，开启磁力搅拌，在可见光照射下进行催化降解反应。6.钒酸铋/五钒酸三钾复合光催化剂，其特征在于，它包括BiVO4和K3V5O14，所述BiVO4的质量分数为5％-20％，所述K3V5O14的质量分数为80％-95％。7.如权利要求6所述的钒酸铋/五钒酸三...

【专利技术属性】
技术研发人员：李艳军，李雅明，李轩科，张江，丛野，董志军，崔正威，袁观明，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42