一种可见光光催化剂及其制备和应用制造技术

本发明专利技术涉及一种可见光光催化剂制备及其应用，其特征的化学式是：AlV6+xP1‑xO19(0.01

A visible light photocatalyst and its preparation and Application

The invention relates to the preparation and application of a visible light photocatalyst. The chemical formula of the photocatalyst is: AlV6 + xP1 xO19 (0.01).

【技术实现步骤摘要】
一种可见光光催化剂及其制备和应用
本专利技术属于无机光催化材料领域，涉及用于降解有机染料及其他污染物的光催化剂，特别涉及一种可见光光催化剂及其制备和应用。
技术介绍
随着工业和社会的发展，世界范围内的环境污染越来越严重，成为社会发展之中强烈关注的焦点问题之一。例如，由于工业废水和人们的生活污水对于环境污染的不断加剧，造成严重的生态环境破坏，对于全人类的生存构成了严重威胁。为了解决诸多的环境污染问题，人们一直在致力于通过各种方法控制和治理环境污染。其中，利用光催化反应来降解污染物，是一种绿色的手段之一，得到了越来越多的重视。所谓光催化反应，就是光催化剂在光的照射下，其自身不起变化，却可以促进化学反应的物质，可以利用自然界存在的光能转换成为化学反应所需的能量，来产生催化作用，使周围的氧气及水分子激发成极具氧化力的自由负离子。几乎可分解所有对人体和环境有害的有机物质及部分无机物质，不仅能加速反应，亦能运用自然界的定侓，不造成资源浪费与附加污染形成。经典的光催化剂如TiO2需要在紫外光照射下才能实现光催化反应，但是紫外光占太阳光中的比例约为百分之五不到，大部分的太阳光能量主要集中在的可见光范围(400-700纳米)，因此，TiO2在可见光范围内并不具有催化活性，同时因此当前光催化技术尚不能充分利用太阳光。所以研究者通过掺杂、复合等手段拓宽其可见光响应，或者转而寻找其它新型光催化材料。但是这些改性的TiO2材料，仍然具有制备复杂、应用过程之中不稳定、成本过高等不同的缺点。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种可见光光催化剂及其制备和应用，该催化剂是一种钒铝酸盐，基于AlV6PO19基质，通过晶格之中实现部分的V5+取代P5+元素，实现自掺杂得到的光催化剂AlV6+xP1-xO19，该技术是在同一个晶格之中实现的自掺杂，其制备采用化学溶液合成法，制备条件非常温和，煅烧温度很低，工艺简单，成本低廉，实验工艺具有良好的稳定性和可重复性，其掺杂稳定，效率高，大大提高了在可见光区间的光吸收效率，实现了较好的光催化效率。研究发现该类化合物具有良好的光催化性能。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种可见光光催化剂，其化学通式是：AlV6+xP1-xO19，x是晶格中V5+自掺杂取代P5+元素的摩尔比0.01≤x≤0.65。本专利技术还提供了所述可见光光催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)按化学通式AlV6+xP1-xO19中各元素的化学计量比，分别称取含有铝离子Al3+的化合物、含有钒离子V5+的化合物和含有磷离子P5+的化合物，将它们分别完全溶解于稀硝酸中，并加入适量去离子水稀释；(2)在步骤(1)各原料中分别添加络合剂，在磁力搅拌下至完全溶解，得到完全溶解的各原料的溶液；(3)将步骤(2)得到的各原料的溶液缓慢混合，搅拌至完全混合均匀，静置、烘干，得到蓬松的前驱体；(4)将步骤(3)前驱体置于马弗炉中，在空气气氛下烧结，自然冷却后，研磨并混合均匀，即得粉末状的可见光光催化剂。所述步骤(1)中，含有铝离子Al3+的化合物可以为Al(NO3)3·9H2O或Al(OH)3等，含有钒离子V5+的化合物可以为NH4VO3等，含有磷离子P5+的化合物可以为NH4H2PO4或P2O5等。所述步骤(2)中，络合剂可以为柠檬酸或草酸，各原料中络合剂的添加量为原料中反应物质的10-20wt％。此处的反应物质”指的是含有铝离子Al3+的化合物、含有钒离子V5+的化合物以及含有磷离子P5+的化合物.所述步骤(3)中，混合后可在温度为70～90℃的条件下搅拌。所述步骤(4)中，烧结温度最好为500～650℃，烧结时间为3～10小时，本专利技术可见光光催化剂在可见光的照射下可实现对染料溶液的降解。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、AlV6+xP1-xO19(0.01<x<0.65)的化学组份可以通过变化V的量进行调节，得到的光催化剂具有很好的可见光光吸收。2、制备方法简单，制备条件非常温和，煅烧温度很低。3、并可见光的照射下，光催化剂能够高效的催化降解亚甲基蓝，具有良好的光催化活性。附图说明附图1：本专利技术实施例1技术方案制备样品的X射线粉末衍射图。附图2：本专利技术实施例所制备样品的电子显微镜图。附图3：本专利技术实施例1所制备样品的紫外-可见光吸收光谱图。附图4：本专利技术实施例1所制备样品在不同的光照时间下对有机染料亚甲基蓝的降解。附图5：本专利技术实施例4技术方案制备样品的X射线粉末衍射图。附图6：本专利技术实施例4所制备样品的紫外-可见漫反射光谱图。附图7：本专利技术实施例4所制备样品在不同的光照时间下对有机染料亚甲基蓝的降解。具体实施方式下面结合附图和实施例详细说明本专利技术的实施方式。实施例1根据化学式AlV6.2P0.8O19中Al3+离子、V5+和P5+的化学计量比，分别称取氢氧化铝Al(OH)3：0.78克，偏钒酸铵NH4VO3：7.254克，磷酸二氢氨NH4H2PO4：0.92克，三种试剂分别溶于稀硝酸中；在上述含有Al3+离子、V5+和P5+溶液中分别添加0.16克、1.45克和0.18克的柠檬酸进行络合；将以上三种溶液混合，在90℃下搅拌至完全混合均匀，静置、放入烘箱烘干，得到蓬松的前驱体；取出前驱体，在空气气氛中煅烧，煅烧温度为650℃，煅烧时间为3小时，取出后并充分研磨即得到AlV6.2P0.8O19光催化剂粉末。参见附图1，它是按本实施例1技术方案制备样品的X射线粉末衍射图，表明所制备的样品为单相材料，没有其它杂相。参见附图2，它是按本实施例所制备样品的电子显微镜图，可以看出，结晶粒度细小非常均匀，颗粒松散，很容易在研钵或者水中分散开；参见附图3，它是按本实施例1所制备样品的紫外-可见漫反射光谱图，从图中可以看出，该样品可以吸收紫外-可见光。参见附图4，它是本实施例1所制备样品在不同的可见光照时间下对有机染料亚甲基蓝的降解曲线。可以看出，该样品具有可见光催化活性。实施例2根据化学式AlV6.1P0.9O19中元素Al3+、V5+和P5+的化学计量比，分别称取硝酸铝Al(NO3)3：3.75克，偏钒酸铵NH4VO3：7.13克，五氧化二磷P2O5：1.28克，三种试剂分别溶于稀硝酸中；在上述含有Al3+离子、V5+和P5+溶液中分别添加0.675克、1.28克和0.23克的草酸进行络合；将以上三种溶液混合，在70℃下搅拌至完全混合均匀，静置、放入烘箱烘干，得到蓬松的前驱体；取出前驱体，在空气气氛中煅烧，煅烧温度为500℃，煅烧时间为10小时，取出后并充分研磨即得到AlV6.1P0.9O19光催化剂粉末。实施例2得到的光催化剂的X射线粉末衍射图与图1一样，具有纯的物相；其主要的微观形貌、对亚甲基蓝的降解与实施例1相似。实施例3根据化学式AlV6.01P0.99O19中元素Al3+、V5+和P5+的化学计量比，分别称取硝酸铝Al(NO3)3：3.75克，偏钒酸铵NH4VO3：7.032克，磷酸二氢氨NH4H2PO4：：1.138克，三种试剂分别溶于稀硝酸中；在上述含有Al3+离子、V5+和P5+溶液中分别添加0.375克、0.7克和0.114克的柠檬酸进行络合；将以上三种溶液混合，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可见光光催化剂，其化学通式是：AlV6+xP1‑xO19，x是晶格中V5+自掺杂取代P5+元素的摩尔比，0.01≤x≤0.65。

【技术特征摘要】
1.一种可见光光催化剂，其化学通式是：AlV6+xP1-xO19，x是晶格中V5+自掺杂取代P5+元素的摩尔比，0.01≤x≤0.65。2.根据权利要求1所述可见光光催化剂，其特征在于，其化学式是AlV6.2P0.8O19、AlV6.1P0.9O19、AlV6.01P0.99O19、AlV6.65P0.35O19、AlV6.5P0.5O19或者AlV6.3P0.3O19。3.权利要求1所述可见光光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)按化学通式AlV6+xP1-xO19中各元素的化学计量比，分别称取含有铝离子Al3+的化合物、含有钒离子V5+的化合物和含有磷离子P5+的化合物，将它们分别完全溶解于稀硝酸中，并加入适量去离子水稀释；(2)在步骤(1)各原料中分别添加络合剂，在磁力搅拌下至完全溶解，得到完全溶解的各原料的溶液；(3)将步骤(2)得到的各原料的溶液缓慢混合，搅拌至完全混合均匀，静置、烘干，得到蓬松的前驱体；(4)将步骤(3)前驱体置于马弗炉中，在空气气氛下烧结，自然冷却后，研磨并混合均匀，即得...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓斌，陈俊，刘卉，周崇松，
申请(专利权)人：湘南学院，
类型：发明
国别省市：湖南,43