PVP改性石墨烯负载BiOCl光催化剂及其制备方法技术

一种PVP改性石墨烯负载BiOCl光催化剂及其制备方法，属于光催化技术领域。该步骤为：将硝酸铋乙二醇溶液、氯化钾和柠檬酸混合溶液，高压混合反应，得到BiOCl，将BiOCl、聚乙烯吡咯烷酮和石墨烯溶液混合，将混合溶液置于高压反应釜中，3～4MPa下，于140～180℃反应1～5h，离心，清洗，干燥，得到PVP改性石墨烯负载BiOCl光催化剂。该方法采用聚乙烯吡咯烷酮作为表面活性剂对石墨烯负载BiOCl进行改性，该改性后的石墨烯负载BiOCl光催化剂可以抑制电子空穴对的复合，改变BiOCl聚合现象，提高光催化效率。

【技术实现步骤摘要】
PVP改性石墨烯负载BiOCl光催化剂及其制备方法
本专利技术属于光催化
，具体涉及一种PVP改性石墨烯负载BiOCl光催化剂及其制备方法。
技术介绍
高度发达的现代工业是建立在化石能源的基础上，在使用这些能源的过程中产生了大量有害的废水、废气、废渣，其中流动性较强的废水和废气对环境的污染尤其严重。利用太阳能光催化氧化技术进行污染物治理已成为研究热点。BiOCl是一种新型的秘基氧化物光催化剂。BiOCl是一类新型层状半导体化合物，晶体结构为四方PbFCl型也可看作沿C轴方向的双X-层和[Bi2O2]2+层交替排列构成的层状结构，属于四方晶系，其中的带隙为3.5ev，是紫外光响应的光催化剂。然而BiOCl的禁带宽度较大，导致对太阳能的利用率低，限制了BiOCl的应用。围绕影响光催化材料性能的一些因素，目前的研究工作往往采用调控形貌尺寸、贵金属沉积、掺杂、半导体材料复合及光敏化等技术对光催化材料进行改性。石墨烯是由单层碳原子通过sp2杂化轨道组成的六角蜂窝状二维晶体平面结构，碳原子间通过很强的σ键相连接，这些C-C键使石墨烯具有优异的结构刚性，平行片层方向强度较高。碳原子有四个价电子，这样每个碳原子都贡献一个未成键π电子，这些π电子在与平面垂直的方向形成π轨道，π电子在晶体中自由移动，使石墨烯具有良好的导电性。本专利技术的方法，两步水热法制备聚乙烯吡咯烷酮(PVP)改性石墨烯负载BiOCl复合物还未见报道。
技术实现思路
本专利技术解决的关键问题是，提供一种PVP改性石墨烯负载BiOCl及其制备方法。聚乙烯吡咯烷酮作为表面活性剂对石墨烯负载BiOCl进行改性，该改性后的石墨烯负载BiOCl光催化剂可以抑制电子空穴对的复合，改变BiOCl聚合现象，提高光催化效率。本专利技术的一种PVP改性石墨烯负载BiOCl的制备方法，包括以下步骤：步骤1：配制溶液(1)按配比，称量原料，将硝酸铋溶于乙二醇中，搅拌均匀，得到摩尔浓度为0.1～0.2mmol/mL的硝酸铋乙二醇溶液中；(2)将氯化钾和柠檬酸溶于乙醇和水的混合液中，搅拌均匀，得到混合物A；其中，按配比，氯化钾：柠檬酸：乙醇和水的混合液＝(3～4)mmol：(1～2)mmol：(20～22)mL；(3)将硝酸铋乙二醇溶液和混合物A混合，得到反应溶液；其中，按摩尔比，硝酸铋乙二醇溶液中Bi3+：混合物A中Cl-＝1:1；步骤2：制备BiOCl(1)将反应溶液置于高压反应釜中，在2～4MPa，于100～150℃反应10～15h，得到含BiOCl的混合物；(2)将含BiOCl的混合物离心，清洗干燥，得到BiOCl；步骤3：分散石墨烯溶液(1)将石墨烯溶于去离子水和无水乙醇的混合液中，超声分散，得到摩尔浓度为0.2～0.4mg/mL的石墨烯溶液；(2)将BiOCl、聚乙烯吡咯烷酮和石墨烯溶液混合，搅拌均匀，得到混合溶液B；其中，按质量比，石墨烯：聚乙烯吡咯烷酮：BiOCl＝1：(0～60)：(15～100)；步骤4：制备石墨烯负载BiOCl(1)将混合溶液B置于高压反应釜中，3～4MPa下，于140～180℃反应1～5h，得到含石墨烯负载BiOCl的混合物；(2)将含石墨烯负载BiOCl的混合物离心，清洗，干燥，得到PVP改性石墨烯负载BiOCl光催化剂。其中，所述的步骤1(2)中，乙醇和水的混合液中，按体积比，乙醇：水＝1:(1～2)。所述的步骤2(2)中，所述的干燥，干燥温度为70～90℃。所述的步骤3(1)中，所述的超声分散，超声频率为30～50KHz。所述的步骤3(1)中，去离子水和无水乙醇的混合液中，按体积比，去离子水：无水乙醇＝2:(1～2)。所述的步骤4(2)中，所述的干燥，干燥温度为60～90℃。本专利技术的一种PVP改性石墨烯负载BiOCl光催化剂，由上述制备方法制得。所述的PVP改性石墨烯负载BiOCl光催化剂，包括石墨烯和BiOCl，BiOCl纳米片分布在石墨烯表面。所述的BiOCl被PVP改变了原有的形貌，BiOCl以更小的、无规则的纳米片附着在石墨烯表面；所述的PVP改性石墨烯负载BiOCl光催化剂在40min内降解甲基橙的光催化效率≥98.7％。本专利技术的PVP改性石墨烯负载BiOCl光催化剂及其制备方法，其有益效果为：本专利技术改变石墨烯(10mg)与BiOCl质量比，同时探究加入聚乙烯吡咯烷酮效果对比，BiOCl分别为200mg、400mg、600mg。不加PVP的分别记为BR20、BR40、BR60,加入PVP的分别记为BRP20、BRP40和BRP60。该方法有效地将石墨烯与BiOCl结合在一起，提高了光催化效果，40min后降解率高达98.7％；制备工艺简单，成本低，耗时少，可以快速生产。附图说明图1为本专利技术实施例1-6PVP改性石墨烯负载BiOCl光催化剂的XRD图；图2为本专利技术实施例1制备的BiOCl的TEM图；图3为本专利技术实施例4制备的BR20的TEM图；图4为本专利技术实施例1制备的BRP20的TEM图；图5为本专利技术实施例1-6PVP改性石墨烯负载BiOCl光催化剂的降解率图；图6为本专利技术PVP改性石墨烯负载BiOCl光催化剂的制备方法的流程示意图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的详细说明。实施例1一种PVP改性石墨烯负载BiOCl的制备方法，其流程示意图见图6，包括以下步骤：步骤1：配制溶液(1)将3mmol硝酸铋溶于20mL乙二醇中，搅拌均匀，得到摩尔浓度为0.15mmol/mL的硝酸铋乙二醇溶液中；(2)将3mmol氯化钾和1mmol柠檬酸溶于7mL乙醇和14mL水的混合液中，搅拌均匀，得到混合物A；(3)将硝酸铋乙二醇溶液和混合物A混合，得到反应溶液；步骤2：制备BiOCl(1)将反应溶液置于高压反应釜中，在4MPa，于150℃反应10h，得到含BiOCl的混合物；(2)将含BiOCl的混合物离心，用去离子水和无水乙醇清洗若干次，在80℃干燥，得到BiOCl；对制得的BiOCl进行分析，得到的TEM图见图2，从图2中可以得出，BiOCl纳米片尺寸为60～150nm×50～70nm，厚度为10～20nm。步骤3：分散石墨烯溶液(1)将10mg石墨烯溶于15mL去离子水和10mL无水乙醇的混合液中，超声分散，得到摩尔浓度为0.4mg/mL的石墨烯溶液；(2)将200mg的BiOCl、15mg聚乙烯吡咯烷酮和石墨烯溶液混合，搅拌均匀，得到混合溶液B；步骤4：制备石墨烯负载BiOCl(1)将混合溶液B置于高压反应釜中，3MPa下，于180℃反应1h，得到含石墨烯负载BiOCl的混合物；(2)将含石墨烯负载BiOCl的混合物离心，用去离子水和无水乙醇清洗若干次，60℃干燥，得到PVP改性石墨烯负载BiOCl光催化剂，根据步骤3中，加入的200mg的BiOCl、15mg聚乙烯吡咯烷酮，将本实施例制得的PVP改性石墨烯负载BiOCl光催化剂即为BRP20。对本实施例制备的BRP20进行测试分析，得到的BRP20的TEM图见图4，从图4中可以看出，RGO(石墨烯)层表面上的BiOCl纳米片的量显着增加，并且BiOCl纳米片的尺寸减小。结果表明，添加PVP可以改变BiOCl纳米片的形貌，抑制BiOCl纳米片的团聚。实施例2一种PVP改性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种PVP改性石墨烯负载BiOCl的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：配制溶液(1)按配比，称量原料，将硝酸铋溶于乙二醇中，搅拌均匀，得到摩尔浓度为0.1～0.2mmol/mL的硝酸铋乙二醇溶液中；(2)将氯化钾和柠檬酸溶于乙醇和水的混合液中，搅拌均匀，得到混合物A；其中，按配比，氯化钾：柠檬酸：乙醇和水的混合液＝(3～4)mmol：(1～2)mmol：(20～22)mL；(3)将硝酸铋乙二醇溶液和混合物A混合，得到反应溶液；其中，按摩尔比，硝酸铋乙二醇溶液中Bi3+：混合物A中Cl‑＝1:1；步骤2：制备BiOCl(1)将反应溶液置于高压反应釜中，在2～4MPa，于100～150℃反应10～15h，得到含BiOCl的混合物；(2)将含BiOCl的混合物离心，清洗干燥，得到BiOCl；步骤3：分散石墨烯溶液(1)将石墨烯溶于去离子水和无水乙醇的混合液中，超声分散，得到摩尔浓度为0.2～0.4mg/mL的石墨烯溶液；(2)将BiOCl、聚乙烯吡咯烷酮和石墨烯溶液混合，搅拌均匀，得到混合溶液B；其中，按质量比，石墨烯：聚乙烯吡咯烷酮：BiOCl＝1：(0～60)：(15～100)；步骤4：制备石墨烯负载BiOCl(1)将混合溶液B置于高压反应釜中，3～4MPa下，于140～180℃反应1～5h，得到含石墨烯负载BiOCl的混合物；(2)将含石墨烯负载BiOCl的混合物离心，清洗，干燥，得到PVP改性石墨烯负载BiOCl光催化剂。...

【技术特征摘要】
1.一种PVP改性石墨烯负载BiOCl的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：配制溶液(1)按配比，称量原料，将硝酸铋溶于乙二醇中，搅拌均匀，得到摩尔浓度为0.1～0.2mmol/mL的硝酸铋乙二醇溶液中；(2)将氯化钾和柠檬酸溶于乙醇和水的混合液中，搅拌均匀，得到混合物A；其中，按配比，氯化钾：柠檬酸：乙醇和水的混合液＝(3～4)mmol：(1～2)mmol：(20～22)mL；(3)将硝酸铋乙二醇溶液和混合物A混合，得到反应溶液；其中，按摩尔比，硝酸铋乙二醇溶液中Bi3+：混合物A中Cl-＝1:1；步骤2：制备BiOCl(1)将反应溶液置于高压反应釜中，在2～4MPa，于100～150℃反应10～15h，得到含BiOCl的混合物；(2)将含BiOCl的混合物离心，清洗干燥，得到BiOCl；步骤3：分散石墨烯溶液(1)将石墨烯溶于去离子水和无水乙醇的混合液中，超声分散，得到摩尔浓度为0.2～0.4mg/mL的石墨烯溶液；(2)将BiOCl、聚乙烯吡咯烷酮和石墨烯溶液混合，搅拌均匀，得到混合溶液B；其中，按质量比，石墨烯：聚乙烯吡咯烷酮：BiOCl＝1：(0～60)：(15～100)；步骤4：制备石墨烯负载BiOCl(1)将混合溶液B置于高压反应釜中，3～4MPa下，于140～180℃反应1～5h，得到含石墨烯负载BiOCl的混合物；(2)将含石墨烯负载BiOCl的混合物离心，清洗，干燥，得到P...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦艳利，赵鹏羽，杨艳，王雨晴，孙博惠，
申请(专利权)人：沈阳理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21