一种Pd/BiVO4复合型纳米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Pd/BiVO4复合型纳米光催化剂及其制备方法和应用，BiVO4为珊瑚状纳米结构，Pd均匀负载于BiVO4的表面，Pd的粒径为10～30nm，负载量为0.2～2.0wt%；Pd的负载显著降低了光生电子空穴对的复合效率，进一步提高了光催化反应活性，光催化剂的制备方法简洁易操作，贵金属纳米颗粒的负载无需额外的保护剂，也省去了长时间的水热复合过程，同时采用一步热还原法降低了水热过程中对贵金属原材料的浪费，实现了金属钯的高效负载，减少了催化剂制备的成本；所得到的光催化剂可用于可见光降解废水反应中，具有良好的降解活性与优异的可重复利用效率；有利于经济环境的可持续发展。

【技术实现步骤摘要】
一种Pd/BiVO4复合型纳米光催化剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及催化剂制备
，更具体地，涉及一种Pd/BiVO4复合型纳米光催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
近年来，由于光催化半导体材料表现出的强氧化性，反应普适性以及对太阳光可直接利用等各方面的优势，使光催化技术在环境处理以及能源开发方面的应用得到了广泛的关注与大量的研究。然而，光催化技术目前在工业化应用上仍面临着一些局限，主要体现在：1、对太阳光的有效利用率（主要针对可见光）低；2、催化剂材料的持久稳定性差；3、催化剂的回收及可重复利用率差，易失活。钒酸铋（BiVO4）因为其合适的窄带间隙（～2.4eV）使其对可见光有良好的吸收。另一方面，相比较于其他窄带半导体（如CdS），BiVO4展现出极为难得的化学稳定性，从而有效的提高了光催化材料在太阳光照射下的使用效率与寿命，但是，BiVO4作为光催化剂也存在自身的局限，尤为突出的一点是其光激发产生的光生电子空穴对容易复合，降低电荷载流子的分离效率，这也是所有窄带半导体共通的缺陷。因此，制备复合型光催化剂以提高光催化反应活性是解决单一晶相BiVO4反应效率低的有效途径。大量文献报道，贵金属纳米颗粒的负载可以显著提高光催化反应的活性，这主要归因于贵金属纳米颗粒对光生电子空穴对的有效分离，从而延长了光生电荷载流子的寿命。此外，贵金属所具备的表面等离子共振效应（SPR）也有助于拓展复合材料对光的有效吸收范围，进一步增强光催化反应的活性。公开号为CN104084215A的中国专利公开了一种三维有序大孔结构的BiVO4负载四氧化三铁以及贵金属的制备方法，是以聚甲基丙烯酸甲酯微球作为模板合成三维有序大孔结构的BiVO4，再使用以异丙醇为溶剂的等体积浸渍法实现Fe3O4的有效负载，最后再以聚乙烯醇作为保护剂，采用低温鼓泡还原法得到贵金属的均匀负载；公开号为CN104001496A的中国专利公开了一种复合型BiVO4纳米片光催化剂的制备方法，其通过湿化学法结合水热法制备得到了BiVO4/石墨烯/钯的三元复合材料。具体说来，将单独制备得到的BiVO4，石墨烯以及钯的化合物超声分散混合均匀，再通过水热的方法将彼此结合在一起。上述这些负载贵金属的方法操作复杂，负载贵金属时需要额外添加保护剂，采用水热的方法，时间长，使用贵金属量高，造成了贵金属材料的浪费，因此增加了催化剂的成本，并且光催化性能不突出。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种Pd/BiVO4复合型纳米光催化剂。本专利技术的第二个目的是提供上述Pd/BiVO4复合型纳米光催化剂的制备方法。本专利技术的第三个目的是提供上述Pd/BiVO4复合型纳米光催化剂的应用。本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现的：一种Pd/BiVO4复合型纳米光催化剂，所述BiVO4为珊瑚状纳米结构，其中每个珊瑚枝的枝长为300～600nm，直径为80～300nm，所述Pd为纳米金属颗粒，且均匀负载于BiVO4的表面，所述Pd的粒径为10～30nm，所述Pd的负载量为0.2～2.0wt%。优选地，其中每个珊瑚枝的枝长为400～500nm，直径为150～200nm，所述Pd的粒径为15～25nm，所述Pd的负载量为0.5～1.0wt%。该光催化剂以具有可见光响应的光催化剂BiVO4作为载体，在其表面负载活性成分纳米金属钯颗粒，不仅可以促进光生电子空穴对的有效分离，同时为降解反应提供大量的活性反应位点，使得制备的Pd/BiVO4复合型纳米光催化剂具有良好的光催化活性。本专利技术还提供所述Pd/BiVO4复合型纳米光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将五水合硝酸铋加入到硝酸中溶解得前驱体酸液A，将偏钒酸铵加入到氨水中溶解得前驱体碱液B；S2.将聚乙二醇和嵌段式聚醚F-127分别溶于水中，得到的水溶液分别加入到前驱体酸液A和前驱体溶液B中，分别得到溶液A和溶液B；S3.剧烈搅拌下将溶液A与溶液B混合得黄色悬浊液，调节黄色悬浊液的pH为中性或者接近中性，再继续搅拌待用；S4.将S3得到的黄色悬浊液转移至反应釜中，在70～120℃，反应18～30小时，过滤、清洗后得黄色粉末；S5.将PdCl2超声分散在去离子水中得PdCl2悬浮液，将PdCl2悬浮液与S4得到的黄色粉末BiVO4持续充分搅拌得棕色泥状物；S6.将棕色泥状物采用程序升温焙烧后，即得Pd/BiVO4复合型纳米光催化剂，其中所述程序升温的焙烧温度为400～500℃，焙烧时间为1～3h，升温速率为1～3℃/min。优选地，S3中调节黄色悬浊液的pH为6～8。优选地，S1所述五水合硝酸铋的浓度为0.1～0.5mol/L，硝酸的浓度为2～6mol/L，五水合硝酸铋和硝酸的摩尔比为0.1～0.5：4；偏钒酸铵的浓度为0.1～0.5mol/L，氨水的浓度为1～3mol/L，偏钒酸铵与氨水的摩尔比为0.1～0.5：2。优选地，S1前驱体酸液A和前驱体碱液B的搅拌溶解时间为10～60分钟。优选地，S2所述聚乙二醇水溶液的浓度为1～10g/L，所述加入的聚乙二醇水溶液与前驱体酸液A的体积比为1：3～6；所述F-127聚醚水溶液的浓度为5～20g/L，加入到前驱体碱液B中的F-127聚醚水溶液与前驱体碱液B的体积比为1：3～6。优选地，S2所述溶液A与溶液B的再继续搅拌时间为30～90min。优选地，S3所述再继续搅拌的时间为50～70min。优选地，S4所述黄色悬浊液的体积占反应釜总容积的40～60%。优选地，S5所述PdCl2悬浮液中PdCl2的体积为1～2mL。优选地，S5所述PdCl2与黄色粉末BiVO4的质量比为0.004～0.04：1。本专利技术还提供上述Pd/BiVO4复合型纳米光催化剂在光催化处理环境污染废水中的应用。具体地，是利用所述Pd/BiVO4复合型纳米光催化剂降解废水中的苯酚。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供了一种Pd/BiVO4复合型纳米光催化剂，所述BiVO4为珊瑚状纳米结构，所述Pd为纳米金属颗粒，且均匀负载于BiVO4的表面，所述Pd的粒径为10～30nm，所述Pd的负载量为0.2～2.0wt%；相对于工业用催化剂P25而言，该催化剂能够极大提高对可见光（400nm～700nm）的吸收，Pd的负载显著降低了光生电子空穴对的复合效率，进一步提高了光催化反应活性，所述光催化剂的制备方法简洁易操作，贵金属纳米颗粒的负载无需额外的保护剂，也省去了长时间的水热复合过程，同时采用一步热还原法降低了水热过程中对贵金属原材料的浪费，实现了金属钯的高效负载，减少了催化剂制备的成本；所得到的光催化剂可用于可见光降解废水反应中，具有良好的降解活性与优异的可重复利用效率；有利于经济环境的可持续发展。附图说明图1为实施例1所制备Pd/BiVO4复合型纳米光催化剂的SEM图片。图2为实施例1所制备Pd/BiVO4复合型纳米光催化剂的光催化活性数据。图3为实施例2所制备的Pd/BiVO4复合型纳米光催化剂的重复测试的活性数据。具体实施方式下面将结合说明书附图和具体实施例进一步说明本专利技术的内容，但不应理解为对本专利技术的限制。不背离本专利技术精神和实质的情况下，对本专利技术方法、步骤、条件所作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Pd/BiVO4复合型纳米光催化剂，其特征在于，所述BiVO4为珊瑚状纳米结构，其中每个珊瑚枝的枝长为300～600 nm，直径为80～300 nm，所述Pd为纳米金属颗粒，且均匀负载于BiVO4的表面，所述Pd的粒径为10～30nm，所述Pd的负载量为0.2～2.0wt%。

【技术特征摘要】
1.一种Pd/BiVO4复合型纳米光催化剂，其特征在于，所述BiVO4为珊瑚状纳米结构，其中每个珊瑚枝的枝长为300～600nm，直径为80～300nm，所述Pd为纳米金属颗粒，且均匀负载于BiVO4的表面，所述Pd的粒径为10～30nm，所述Pd的负载量为0.2～2.0wt%。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：其中每个珊瑚枝的枝长为400～500nm，直径为150～200nm，所述Pd的粒径为15～25nm，所述Pd的负载量为0.5～1.0wt%。3.权利要求1所述Pd/BiVO4复合型纳米光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将五水合硝酸铋加入到硝酸中溶解得前驱体酸液A，将偏钒酸铵加入到氨水中溶解得前驱体碱液B；S2.将聚乙二醇和嵌段式聚醚F-127分别溶于水中，得到的水溶液分别加入到前驱体酸液A和前驱体溶液B中，分别得到溶液A和溶液B；S3.剧烈搅拌下将溶液A与溶液B混合得黄色悬浊液，调节黄色悬浊液的pH为中性或者接近中性，再继续搅拌待用；S4.将S3得到的黄色悬浊液转移至反应釜中，在70～120℃，反应18～30小时，过滤、清洗后得黄色粉末；S5.将PdCl2超声分散在去离子水中得PdCl2悬浮液，将PdCl2悬浮液与S4得到的黄色粉末BiVO4持续充分搅拌得棕色泥状物；S6.将棕色泥状物采用程序升温焙烧后，即得Pd/BiVO4复合型纳米光催化剂，其中所述程序升温的焙烧温度为400～500℃，焙烧时间为1～3h，升温速率为1～3℃/min。4.根据权利要求3所述Pd/BiVO4复合型纳米光催化剂的制备方法，其特征在于，S1所述五水合硝酸铋的浓度为0.1～0....

【专利技术属性】
技术研发人员：李建涛，李芳，梁耀彰，李宝忠，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11