钒酸铋纳米棒的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钒酸铋纳米棒的制备方法，包括以下步骤：1)将Bi(NO3)3·5H2O溶于硝酸溶液中，得到A溶液；2)将NH4VO3溶于氨水溶液中，得到B溶液；3)将A溶液缓慢加入到B溶液中，搅匀，调节pH至6.5～8，继续搅拌30～120min，得到混合液；4)向混合液中加入乙二胺四乙酸钠，搅拌，调节PH至8～9，搅拌15～60min后，超声分散，得到前驱液；5)将前驱液加入到高压反应釜中，在160～200℃的条件下进行水热反应，反应时间为3～10h，冷却，过滤，将沉淀物洗涤，离心，干燥，得到钒酸铋纳米棒。本发明专利技术制得的钒酸铋纳米棒尺寸小，比表面积大，光催化活性高。

Process for preparing bismuth vanadate nanorods

The invention discloses a method for preparing bismuth vanadate nanorods, which comprises the following steps: 1) Bi (NO3) 3 - 5H2O soluble in nitric acid solution, A solution; 2) NH4VO3 dissolved in ammonia solution, B solution; 3) A solution was slowly added to the B solution that mix, adjusting pH to 6.5 ~ 8, continue stirring for 30 ~ 120min, mixed liquid; 4) adding EDTA to the mixture, stirring, adjusting PH to 8 ~ 9, 15 ~ 60min after mixing, ultrasonic dispersion, theprecursor solution; 5) the precursor solution into a high-pressure reaction kettle in 160, to 200 DEG C under the condition of hydrothermal reaction, the reaction time is 3 ~ 10h, cooling, filtration, centrifugation, washing the precipitate, drying, get BiVO4 nanorods. The bismuth vanadate nanorods prepared by the invention have the advantages of small size, large specific surface area and high photocatalytic activity.

【技术实现步骤摘要】
钒酸铋纳米棒的制备方法
本专利技术涉光催化降解有机污染物
，具体涉及一种钒酸铋纳米棒的制备方法。
技术介绍
环境污染问题已成为全球问题，不但阻碍社会的快速发展而且威胁着人类健康。在各种环境污染中，化学污染影响最大。光催化技术在室温下可实现，而且利用太阳能，成本低廉，安全环保。半导体材料均具有光催化活性，光催化反应的机理也逐渐被人们认知。在众多半导体光催化剂材料中，二氧化钛最典型，它具有氧化性强，光诱导性好，亲水性好，稳定无毒等优点，在治理环境问题方面有很好的应用。然而，二氧化钛也有其局限性。光生电子-空穴对的复合几率较高，禁带宽度较大，这些不利特性严重阻碍了二氧化钛在光催化氧化领域的推广和应用。单斜晶相钒酸铋的禁带宽度为2.3-2.4eV，它足够高的价带完全可以实现空穴对有机污染物的降解，并且导带位置也有利于光生电子的还原，具有较高的氧化能力，且其价带氧化电位位于2.4eV附近，从理论上将，能够实现在可见光下分解水和降解有机污染物的目标。钒酸铋的光催化性能与其自身晶体结构、晶粒尺寸以及颗粒形貌有很大的关系。由于常规的钒酸铋晶体粒径大，导致光生电子和空穴迁移到催化剂表面的传输距离长，容易在长距离迁移过程中发生复合，降低光催化效率。其次，常规钒酸铋晶体比表面积小，不能有效吸附污染物，也大大降低了光催化效率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种钒酸铋纳米棒的制备方法，该方法制得的钒酸铋纳米棒尺寸小，比表面积大，催化活性强。本专利技术提供的技术方案是一种钒酸铋纳米棒的制备方法，包括以下步骤：1)将Bi(NO3)3·5H2O溶于1～4mol/L的硝酸溶液中，得到A溶液；2)将与Bi(NO3)3·5H2O等摩尔量的NH4VO3溶于1～4mol/L的氨水溶液中，得到B溶液；3)将A溶液缓慢加入到B溶液中，搅匀，调节pH至6.5～8，继续搅拌30～120min，得到混合液；4)向混合液中加入乙二胺四乙酸钠，搅拌，调节PH至8～9，搅拌15～60min后，超声分散，得到前驱液；5)将前驱液加入到高压反应釜中，在160～200℃的条件下进行水热反应，反应时间为3～10h，冷却，过滤，将沉淀物洗涤，离心，干燥，得到钒酸铋纳米棒。步骤4)中，所述乙二胺四乙酸钠的加入量为Bi(NO3)3·5H2O重量的3～5倍。步骤1)中，硝酸溶液的浓度为3～4mol/L。步骤2)中，氨水溶液浓度为2～2.5mol/L。步骤5)中，所述洗涤是将沉淀物用去离子水和/或乙醇洗涤。步骤5)中，所述干燥是在40～100℃下干燥4～24h。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1)在碱性条件下,OH-中的O原子的孤对电子会与钒酸铋晶核{010}晶面作用，使得{010}晶面带负电荷，这些带负电荷的晶面通过静电吸附作用，吸附乙二胺四乙酸钠，而乙二胺四乙酸容易与Bi3+形成配合物，从而引导Bi3+与VO33-组装在{010}晶面，使得钒酸铋晶体具有{010}取向。最终制得的催化剂的形貌为棒状，该纳米棒直径为20～30nm，长径比为20～40，对可见光有很好的吸收。2)钒酸铋催化剂具有{010}取向，光生电子会聚集在纳米棒的两端，不仅提高了空穴的分离效率，空穴更稳定的分部在纳米棒侧面，非常有利于有机物的降解。3)钒酸铋具有{010}取向，而{010}晶面活性高，产生的光生电子氧化能力最强，因而具有{010}取向的钒酸铋纳米棒光催化活性最强。4)本专利技术制得的钒酸铋催化剂晶体尺寸小，能够缩短光生电子和空穴迁移到催化剂表面的传输距离，提高光生电子空穴存活率。附图说明图1是实施例1所制备的钒酸铋纳米棒在透射电镜下的形貌图；图2是实施例1所制备的钒酸铋纳米棒的高分辨率图；图3是实施例1所制备的钒酸铋纳米棒的XRD谱图；图4是实施例1所制备的钒酸铋纳米棒在可见光条件下降解罗丹明B的速率常数对比，参考为商业性的DegussaP25为光催化剂时的速率常数。具体实施方式以下具体实施例对本专利技术作进一步阐述，但不作为对本专利技术的限定。实施例11)将Bi(NO3)3·5H2O溶于1mol/L的硝酸溶液中，得到A溶液；2)将与Bi(NO3)3·5H2O等摩尔量的NH4VO3溶于1mol/L的氨水溶液中，得到B溶液；3)将A溶液缓慢加入到B溶液中，搅匀，调节pH至6.5，继续搅拌30～120min，得到混合液；4)向混合液中加入乙二胺四乙酸钠，乙二胺四乙酸钠的加入量为Bi(NO3)3·5H2O重量的3倍，搅拌，调节PH至8，搅拌15min后，超声分散，得到前驱液；5)将前驱液加入到高压反应釜中，在160℃的条件下进行水热反应，反应时间为3h，冷却，过滤，将沉淀物用去离子水和/或乙醇洗涤洗涤3次，离心，在40℃下干燥4h，得到钒酸铋纳米棒。由图1可知，钒酸铋纳米棒分散性良好，直径约为20nm,长径比为20～40。由图2可知，垂直于纳米棒生长方向的晶面的晶面间距与钒酸铋{040}晶面间距相吻合，证明该钒酸铋纳米棒是沿着{010}方向延伸的。由图3可知，钒酸铋纳米棒XRD图谱与单斜白钨矿相钒酸铋的标准谱图相比完全吻合，说明实施例1的纳米棒为单斜白钨矿结构。由图4可知，本实施例的纳米棒对罗丹明B的降解速率是P25的89倍，具有非常优越的光催化性能。实施例21)将Bi(NO3)3·5H2O溶于4mol/L的硝酸溶液中，得到A溶液；2)将与Bi(NO3)3·5H2O等摩尔量的NH4VO3溶于4mol/L的氨水溶液中，得到B溶液；3)将A溶液缓慢加入到B溶液中，搅匀，调节pH至8，继续搅拌120min，得到混合液；4)向混合液中加入乙二胺四乙酸钠，乙二胺四乙酸钠的加入量为Bi(NO3)3·5H2O重量的5倍，搅拌，调节PH至9，搅拌60min后，超声分散，得到前驱液；5)将前驱液加入到高压反应釜中，在200℃的条件下进行水热反应，反应时间为10h，冷却，过滤，将沉淀物用去离子水和/或乙醇洗涤洗涤5次，离心，在100℃下干燥24h，得到钒酸铋纳米棒。透射电镜结果表明钒酸铋纳米棒为纳米棒状，分散性良好，直径为30nm，长径比为20～40，并沿着{010}方向延伸。X射线衍射结果表明为单斜白钨矿相。实施例31)将Bi(NO3)3·5H2O溶于3mol/L的硝酸溶液中，得到A溶液；2)将与Bi(NO3)3·5H2O等摩尔量的NH4VO3溶于2mol/L的氨水溶液中，得到B溶液；3)将A溶液缓慢加入到B溶液中，搅匀，调节pH至7.5，继续搅拌90min，得到混合液；4)向混合液中加入乙二胺四乙酸钠，乙二胺四乙酸钠的加入量为Bi(NO3)3·5H2O重量的4倍，搅拌，调节PH至8.5，搅拌45min后，超声分散，得到前驱液；5)将前驱液加入到高压反应釜中，在180℃的条件下进行水热反应，反应时间为6h，冷却，过滤，将沉淀物用去离子水和/或乙醇洗涤洗涤4次，离心，在80℃下干燥12h，得到钒酸铋纳米棒。透射电镜结果表明钒酸铋纳米棒为纳米棒状，分散性良好，直径为25nm，长径比为20～40，并沿着{010}方向延伸。X射线衍射结果表明为单斜白钨矿相。实施例41)将Bi(NO3)3·5H2O溶于4mol/L的硝酸溶液中，得到A溶液；2)将与Bi(NO3)3·5H2O等摩尔量的NH4VO3溶于2.5本文档来自技高网...

【技术保护点】
钒酸铋纳米棒的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)将Bi(NO3)3·5H2O溶于1～4mol/L的硝酸溶液中，得到A溶液；2)将与Bi(NO3)3·5H2O等摩尔量的NH4VO3溶于1～4mol/L的氨水溶液中，得到B溶液；3)将A溶液缓慢加入到B溶液中，搅匀，调节pH至6.5～8，继续搅拌30～120min，得到混合液；4)向混合液中加入乙二胺四乙酸钠，搅拌，调节PH至8～9，搅拌15～60min后，超声分散，得到前驱液；5)将前驱液加入到高压反应釜中，在160～200℃的条件下进行水热反应，反应时间为3～10h，冷却，过滤，将沉淀物洗涤，离心，干燥，得到钒酸铋纳米棒。

【技术特征摘要】
1.钒酸铋纳米棒的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)将Bi(NO3)3·5H2O溶于1～4mol/L的硝酸溶液中，得到A溶液；2)将与Bi(NO3)3·5H2O等摩尔量的NH4VO3溶于1～4mol/L的氨水溶液中，得到B溶液；3)将A溶液缓慢加入到B溶液中，搅匀，调节pH至6.5～8，继续搅拌30～120min，得到混合液；4)向混合液中加入乙二胺四乙酸钠，搅拌，调节PH至8～9，搅拌15～60min后，超声分散，得到前驱液；5)将前驱液加入到高压反应釜中，在160～200℃的条件下进行水热反应，反应时间为3～10h，冷却，过滤，将沉淀物洗涤，离心，干燥，得到钒酸铋纳米棒。...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖日权，何光耀，于汉玉，熊拯，尹艳镇，钟书明，付满，亢振军，王宝宇，
申请(专利权)人：钦州学院，
类型：发明
国别省市：广西,45