一种BiVO4/BiPO4复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种BiVO4/BiPO4复合材料及其制备方法和应用，属于纳米复合材料的合成技术领域。本发明专利技术的技术方案要点为：一种BiVO4/BiPO4复合材料，其中单斜相BiVO4纳米颗粒原位沉积在独居石型结构BiPO4纳米棒表面，BiVO4与BiPO4的摩尔比为0.1‑0.5:1。本发明专利技术还公开了该BiVO4/BiPO4复合材料的制备方法及其在光催化降解罗丹明B或甲硝唑废水溶液中的应用。本发明专利技术的制备过程无需加入任何模板剂和添加剂，无需高温煅烧，合成过程工艺简单，适合规模化生产，有望产生良好的社会和经济效益，在可见光照射下，本发明专利技术制得的BiVO4/BiPO4复合材料对有色染料和无色抗生素均有较强的降解能力，具有普适性。

【技术实现步骤摘要】
一种BiVO4/BiPO4复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于纳米复合材料的合成
，具体涉及一种BiVO4/BiPO4复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
在解决环境污染和能源危机方面，半导体光催化具有无污染和能耗低等优点，是物理、化学、环境和能源领域的研究热点。光催化剂能效和活性的提高是光催化研究的关键科学问题之一。单组分的光催化剂很难有效地同时利用紫外光和可见光，并且光生载流子复合几率高，限制了其光催化活性。作为一种典型的铋基多功能材料，BiPO4性质稳定，在离子传感、有机催化和放射性元素的共沉淀分离等领域有着广泛应用，其光催化活性最近才引起关注。BiPO4有单斜型（mMBIP）、独居石型（nMBIP）和六方型（HBIP）三种相结构，其中独居石型BiPO4的光催化活性最好。研究发现BiPO4对多种污染物降解表现出比P25更高的光催化活性，但由于带宽为3.85eV，BiPO4仅对紫外光响应，可见光催化性能不高。单斜相钒酸铋（m-BiVO4）的带隙为2.4eV，有优秀的可见光响应，导带和价带位置适宜，在可见光或太阳光照射下可催化分解水和降解污染物。然而，纯BiVO4的吸附能力差且电子-空穴对分离难，所以纯BiVO4的催化活性不高。针对两种光催化材料的优缺点，在将其原位复合形成异质结构，发挥两种材料优势互补的协同作用，既能扩展光谱响应范围又能利用内建电场使载流子定向传输，促进电子-空穴高效分离，从而提高光催化效率。Wu和Lin分别利用共沉淀水热法合成了BiVO4/BiPO4复合材料，它们降解有色染料的能力均比单一组分强。然而，通过原位酸根离子交换制备BiVO4/BiPO4复合材料目前未见报道。
技术实现思路
本专利技术为解决磷酸铋可见光催化活性不高和钒酸铋光生载流子分离难的问题而提供了一种BiVO4/BiPO4复合材料及其制备方法，该制备方法工艺简单且原位转化，有效提高了材料的光谱响应范围和光催化降解效率，制得的BiVO4/BiPO4复合材料能够应用于光催化降解罗丹明B或甲硝唑废水溶液中。本专利技术为实现上述目的采用如下技术方案，一种BiVO4/BiPO4复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：步骤（1），水热反应制备BiPO4材料，将Bi(NO3)3•5H2O溶于乙二醇中形成溶液A，将NaH2PO4·2H2O溶于蒸馏水中形成溶液B，磁力搅拌下将溶液B滴加到溶液A中形成白色沉淀，继续搅拌30min后将浑浊液转移至高压反应釜中，置于烘箱中加热至180-200℃水热反应8-16h得到BiPO4材料；步骤（2），酸根离心交换制备BiVO4/BiPO4复合材料，将步骤（1）得到的BiPO4材料加入到溶解有NH4VO3的水溶液中，磁力搅拌30min后将混合溶液转移至高压反应釜中，置于烘箱中加热至180-200℃恒温反应8-16h，反应结束后，待反应釜自然冷却到室温，离心收集沉淀、洗涤、干燥得到BiVO4/BiPO4复合材料。进一步优选，步骤（1）中所述的Bi(NO3)3•5H2O与NaH2PO4•2H2O的摩尔比为1:1。进一步优选，步骤（2）中所述的NH4VO3与BiPO4的摩尔比为0.1-0.5:1。进一步优选，步骤（2）得到的BiVO4/BiPO4复合材料中单斜相BiVO4纳米颗粒原位沉积在独居石型结构BiPO4纳米棒表面，BiVO4与BiPO4的摩尔比为0.1-0.5:1。本专利技术所述的BiVO4/BiPO4复合材料，其特征在于是由上述方法制备得到的。本专利技术所述的BiVO4/BiPO4复合材料在光催化降解罗丹明B或甲硝唑废水溶液中的应用。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：1、本专利技术制得的BiVO4/BiPO4复合材料具有接触良好的界面，利于光生载流子更好地分离，催化活性均比单一组分明显提高；2、在可见光照射下，本专利技术制得的BiVO4/BiPO4复合材料对有色染料和无色抗生素均有较强的降解能力，具有普适性；3、本专利技术的制备过程无需加入任何模板剂和添加剂，无需高温煅烧，合成过程工艺简单，适合规模化生产，有望产生良好的社会和经济效益。附图说明图1是本专利技术实施例1制得的BiPO4材料的SEM照片；图2是本专利技术实施例2制得的BiVO4/BiPO4复合材料的SEM照片；图3是BiVO4、BiPO4和BiVO4/BiPO4复合材料的XRD图谱；图4是BiVO4、BiPO4和BiVO4/BiPO4复合材料的DRS图谱；图5是可见光照射下不同材料对罗丹明B的降解效果图；图6是可见光照射下不同材料对甲硝唑的降解效果图。具体实施方式以下通过实施例对本专利技术的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本专利技术上述内容实现的技术均属于本专利技术的范围。实施例1BiPO4材料的制备（1）称取1.213g（2.5mmol）Bi(NO3)3•5H2O溶于5mL乙二醇中形成溶液A，称取0.3900g（2.5mmol）NaH2PO4·2H2O溶于45mL蒸馏水中形成溶液B，磁力搅拌下将溶液B缓慢滴加到溶液A中，继续搅拌1h使其混合均匀；（2）将所得浑浊液转移至100mL聚四氟乙烯内衬高压反应釜中，密封后置于烘箱中加热至180℃恒温反应12h，反应结束后，使反应釜自然冷却到室温，离心分离收集沉淀，洗涤，真空干燥得到BiPO4材料。图1为本实施例制得的纯BiPO4材料的SEM图，从图可以看出纯BiPO4材料为表面光滑平行四边形方砖。实施例2BiVO4/BiPO4复合材料的制备（1）称取0.2280g（0.75mmol）实施例1制得的BiPO4材料加入到溶解有0.0293g（0.25mmol）NH4VO3的30mL水溶液中，磁力搅拌30min使其混合均匀；（2）将步骤（1）形成的混合溶液转移至50mL聚四氟乙烯内衬高压反应釜中，置于烘箱中加热至180℃恒温反应12h，反应结束后使反应釜自然冷却到室温，离心分离收集沉淀，洗涤，真空干燥得到BiVO4/BiPO4复合材料（其中BiVO4与BiPO4的摩尔比为1:3）。图2为本实施例制得BiPO4/BiVO4复合材料的SEM图，从图可以看出BiPO4纳米砖溶解变小，BiVO4纳米颗粒在其表面生成。图3是BiVO4、BiPO4和BiVO4/BiPO4复合材料的XRD图谱，由图可知BiVO4/BiPO4复合材料中同时出现独居石型BiPO4和单斜相BiVO4的特征衍射峰，证实离子交换成功生成单斜相BiVO4。图4是BiPO4、BiVO4和BiPO4/BiVO4复合材料的漫反射光谱，从图可以看出纯BiPO4和BiVO4的吸收带边分别在320nm和550nm附近，BiPO4/BiVO4复合材料的吸收带边在550nm附近，与纯BiPO4相比能更有效地利用太阳光。实施例3光催化降解罗丹明B采用500W氙灯作为光源，配备420nm的滤波片获取可见光，使波长小于420nm的光不能通过，可有效地避免紫外光干扰。利用循环冷却水对光源降温，使反应在恒温环境下进行。将50mgBiPO4/BiVO4复合材料均匀分散在盛有50mL浓度为10mg/LRhB水溶液的石英试管中，置于黑暗中2h达到吸附-脱附平衡。打开光源，光照之后每隔一定时间取4mL样品，经高速离心分离后取上层清液，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种BiVO4/BiPO4复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：步骤（1），水热反应制备BiPO4材料，将Bi(NO3)3•5H2O溶于乙二醇中形成溶液A，将NaH2PO4·2H2O溶于蒸馏水中形成溶液B，磁力搅拌下将溶液B滴加到溶液A中形成白色沉淀，继续搅拌30min后将浑浊液转移至高压反应釜中，置于烘箱中加热至180‑200℃水热反应8‑16h得到BiPO4材料；步骤（2），酸根离心交换制备BiVO4/BiPO4复合材料，将步骤（1）得到的BiPO4材料加入到溶解有NH4VO3的水溶液中，磁力搅拌30min后将混合溶液转移至高压反应釜中，置于烘箱中加热至180‑200℃恒温反应8‑16h，反应结束后，待反应釜自然冷却到室温，离心收集沉淀、洗涤、干燥得到BiVO4/BiPO4复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种BiVO4/BiPO4复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：步骤（1），水热反应制备BiPO4材料，将Bi(NO3)3•5H2O溶于乙二醇中形成溶液A，将NaH2PO4·2H2O溶于蒸馏水中形成溶液B，磁力搅拌下将溶液B滴加到溶液A中形成白色沉淀，继续搅拌30min后将浑浊液转移至高压反应釜中，置于烘箱中加热至180-200℃水热反应8-16h得到BiPO4材料；步骤（2），酸根离心交换制备BiVO4/BiPO4复合材料，将步骤（1）得到的BiPO4材料加入到溶解有NH4VO3的水溶液中，磁力搅拌30min后将混合溶液转移至高压反应釜中，置于烘箱中加热至180-200℃恒温反应8-16h，反应结束后，待反应釜自然冷却到室温，离心收集沉淀、洗涤、干燥得到BiVO4/BiPO4复合材料。2.根据权利要求1所述的B...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫云辉，刘林霞，倪天军，李向荣，李坤，张伶，
申请(专利权)人：新乡医学院，
类型：发明
国别省市：河南,41