一种硫掺杂钼酸铋纳米片状可见光催化剂的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种硫掺杂钼酸铋纳米片状可见光催化剂的制备方法，属于无机材料技术领域。其主要特征在于通过调节溶液pH值、硫掺杂量和反应温度来制备新型硫掺杂钼酸铋纳米片状可见光催化剂，将硫成功掺杂到钼酸铋晶格中，有效提高其光催化活性。所制备硫掺杂钼酸铋光催化剂用于催化光降解罗丹明B溶液(浓度为10mg/L)，模拟太阳光(氙灯光源)照射1h后降解率达到97％，明显高于钼酸铋的光催化罗丹明B的降解率(64％)，这是源于硫掺杂有效地阻止了钼酸铋中光生电子和空穴的复合，提高了钼酸铋的光催化活性；三次回收使用后的硫掺杂钼酸铋纳米片状可见光催化剂在相同条件下，对罗丹明B溶液的降解率达到90％，本法所制备的硫掺杂钼酸铋纳米片状可见光催化剂具有较高的稳定性。

Preparation of sulfur-doped bismuth molybdate nano-flake visible-light photocatalyst

The invention relates to a preparation method of sulfur-doped bismuth molybdate nano-flake visible photocatalyst, belonging to the technical field of inorganic materials. The main characteristics of the new sulfur-doped bismuth molybdate nanosheet visible-light photocatalyst are prepared by adjusting the solution pH value, sulfur doping amount and reaction temperature. Sulfur is successfully doped into bismuth molybdate lattice to effectively improve its photocatalytic activity. The prepared sulfur-doped bismuth molybdate photocatalyst was used for photocatalytic degradation of rhodamine B solution (concentration 10 mg/L), and the degradation rate reached 97% after simulated solar light (xenon lamp source) irradiation for 1 h, which was significantly higher than that of bismuth molybdate photocatalytic degradation rate of rhodamine B (64%). This was due to the fact that sulfur-doping effectively prevented the photogenerated electrons and holes in bismuth molybdate from compounding and improved the photocatalytic activity of bismuth Under the same conditions, the degradation rate of Rhodamine B solution can reach 90%. The sulfur-doped bismuth molybdate nano-flake visible-light photocatalyst prepared by this method has high stability.

【技术实现步骤摘要】
一种硫掺杂钼酸铋纳米片状可见光催化剂的制备方法
本专利技术涉及一种硫掺杂钼酸铋纳米片状可见光催化剂的制备方法，属于无机光催化材料

技术介绍
随着工业的快速发展，纺织和化工等行业产生大量有机废水，对人们的生活及身体健康带来较大的潜在威胁。传统的污水处理工艺受到可见光(如太阳光等)光降解处理方法的巨大冲击，半导体光催化材料的性能是决定光催化效能的关键因素。鉴于光催化剂如TiO2的带隙能较大，在可见光下的响应低而制约其在工业实际中的应用进程，提高催化剂对可见光的吸收性以增大光的利用率就十分必要。钼酸铋(Bi2MoO6)的带隙窄、吸收波长较大而引起研究者的浓厚兴趣，在Aurivillius型层状结构的Bi2MoO6中，MoO6钙钛矿片层镶嵌在(Bi2O2)2+片层，其介电性、离子传导性和催化性能在铋系半导体中具有明显的优势。目前Bi2MoO6光催化剂的主要弊端是光生电子与空穴容易复合，导致光催化的量子产率较低，极大限制了Bi2MoO6光催化剂在工程实际中的应用范围。关于钼酸铋掺杂改性的研究不多，中国专利CN103212405A(对比文件1)，公开了一种镉掺杂钼酸铋可见光催化剂及其制备方法和应用，该方法主要存在以下不足：①微波-溶剂热法所需反应温度较高(120～220℃)，②所制得的催化剂光催化降解罗丹明B(浓度为5mg/L)的效率低，在2h内罗丹明B的降解率仅为95％；中国专利CN105289579A(对比文件2)公开了一种纳米片状铈掺杂钼酸铋催化剂的制备方法，该方法存在以下不足：①水热反应的温度较高(160～180℃)、时间长(20～24h)，②所制得的纳米片催化剂平均厚度较大(20～30nm)，③所制得样品的光催化活性不高，3h对浓度为5mg/L的罗丹明B降解率为98％。
技术实现思路
本专利技术属于半导体光催化材料领域，涉及水热法制备硫掺杂钼酸铋纳米片状可见光催化剂，采用一步法制备硫掺杂钼酸铋纳米片状可见光催化剂具有方法简单、反应条件温和、能耗小的特点，所制得的光催化剂吸收可见光的能力强，光生电子与空穴的复合率小，且催化剂的稳定性高，能循环使用，可用于催化废水中芳香杂环类染料等有机污染物的光降解。本专利技术的硫掺杂钼酸铋纳米片状可见光催化剂的制备方法如下：(1)称取2.5mmolBi(NO3)3·5H2O溶于10mL乙二醇中，记为溶液A，将0.5mmol(NH4)6Mo7O24·4H2O和0.2g表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮溶于20mL蒸馏水中，记为溶液B；(2)将溶液A滴加到溶液B中，滴加完成后用2mol/L的NaOH溶液调节混合溶液的pH为8～10，磁力搅拌3h；称取与理论生成钼酸铋的质量比为0.5％～2.0％的(NH2)2CS加入到上述混合溶液中，超声溶解，继续搅拌2h后，置于100～140℃反应釜反应4h；反应结束后，室温冷却，离心分离，滤饼用蒸馏水和无水乙醇洗涤干净，于80℃下干燥12h，研磨即得硫掺杂钼酸铋纳米片状可见光催化剂。本专利技术采用上述技术方案，主要有以下效果：(1)本专利技术方法制备的硫掺杂钼酸铋纳米片状可见光催化剂是一步水热法合成，较对比文件1和对比文件2的方法简单，反应条件温和(100～140℃)，用时短(4h)。(2)本专利技术方法制备的硫掺杂钼酸铋纳米片状可见光催化剂的纯度高、结晶度好(X-射线衍射光谱显示只有Bi2MoO6的特征衍射峰而无杂质峰)，硫掺杂钼酸铋纳米片的平均厚度较小，仅为10～15nm(明显小于对比文件2中产品的平均厚度20～30nm)。(3)本专利技术方法制备的硫掺杂钼酸铋纳米片状可见光催化剂的催化活性较高，模拟太阳光(氙灯光源)下，0.1g所制备的催化剂催化罗丹明B(溶液浓度为10mg/L)光降解，1h后罗丹明B的降解率达到97％，显著优于钼酸铋的降解效果(同样条件对应的降解率64％)，且明显优于对比文件1的效果(2h降解率到97％)和对比文件2中的效果(3h降解率98％)。(4)本专利技术方法制备的硫掺杂钼酸铋纳米片状可见光催化剂具有高的稳定性，在相同的条件下，回收使用三次对罗丹明B(溶液浓度为10mg/L)降解率达到90％，催化剂具有较高的稳定性。附图说明图1为所制备硫掺杂钼酸铋纳米片状可见光催化剂的X-射线衍射谱(XRD)图；图2为所制备硫掺杂钼酸铋纳米片状可见光催化剂的扫描电子显微镜(SEM)图；图3为所制备硫掺杂钼酸铋纳米片状可见光催化剂的X-射线光电子能谱(XPS)图；图4为所制备硫掺杂钼酸铋纳米片状可见光催化剂光降解罗丹明B溶液的性能曲线。具体实施方式下面结合具体实施方式，进一步说明本专利技术。实施例1一种硫掺杂钼酸铋纳米片状可见光催化剂的制备方法，具体步骤如下：(1)称取2.5mmolBi(NO3)3·5H2O溶于10mL乙二醇中，记为溶液A，将0.5mmol(NH4)6Mo7O24·4H2O和0.2g表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮溶于20mL蒸馏水中，记为溶液B；(2)将溶液A滴加到溶液B中，滴加完成后用2mol/L的NaOH溶液调节混合溶液的pH为8，磁力搅拌3h；称取与理论生成钼酸铋的质量比为0.5％的(NH2)2CS加入到上述混合溶液中，超声溶解，继续搅拌2h后，置于100℃反应釜反应4h；反应结束后，室温冷却，离心分离，滤饼用蒸馏水和无水乙醇洗涤干净，于80℃下干燥12h，研磨得到硫掺杂钼酸铋纳米片状可见光催化剂。实施例2一种硫掺杂钼酸铋纳米片状可见光催化剂的制备方法，具体步骤如下：(1)同实施例1中(1)；(2)将溶液A滴加到溶液B中，滴加完成后用2mol/L的NaOH溶液调节混合溶液的pH为9，磁力搅拌3h；称取与理论生成钼酸铋的质量比为1.0％的(NH2)2CS加入到上述混合溶液中，超声溶解，继续搅拌2h后，置于120℃反应釜反应4h；反应结束后，室温冷却，离心分离，滤饼用蒸馏水和无水乙醇洗涤干净，于80℃下干燥12h，研磨得到硫掺杂钼酸铋纳米片状可见光催化剂。实施例3一种硫掺杂钼酸铋纳米片状可见光催化剂的制备方法，具体步骤如下：(1)同实施例1中(1)；(2)将溶液A滴加到溶液B中，滴加完成后用2mol/L的NaOH溶液调节混合溶液的pH为10，磁力搅拌3h；称取与理论生成钼酸铋的质量比为2.0％的(NH2)2CS加入到上述混合溶液中，超声溶解，继续搅拌2h后，置于140℃反应釜反应4h；反应结束后，室温冷却，离心分离，滤饼用蒸馏水和无水乙醇洗涤干净，于80℃下干燥12h，研磨得到硫掺杂钼酸铋纳米片状可见光催化剂。实验结果实施例2制备的硫掺杂钼酸铋纳米片状可见光催化剂降解活性最佳。为了方便对比，制备了钼酸铋样品。钼酸铋制备方法为实施例2步骤(2)中不加入(NH2)2CS。实施例2所制备的钼酸铋和硫掺杂钼酸铋纳米片状可见光催化剂的X-射线衍射光谱如图1。从钼酸铋的XRD图谱中可以看出，衍射角2θ在10.9°、28.3°、32.5°、33.1°、36.0°、46.7°、47.1°、55.4°、56.2°和58.4°，分别对应(020)、(131)、(200)、(060)、(151)、(202)、(212)、(331)、(191)和(262)晶面，与标准卡片72-1524相吻合，且无其他杂质峰的出现，证明本法所制得的催化剂为纯度较高、结晶度好的正交晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硫掺杂钼酸铋纳米片状可见光催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)称取2.5mmol Bi(NO3)3·5H2O溶于10mL乙二醇中，记为溶液A，将0.5mmol(NH4)6Mo7O24·4H2O和0.2g表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮溶于20mL蒸馏水中，记为溶液B；(2)将溶液A滴加到溶液B中，滴加完成后用2mol/L的NaOH溶液调节混合溶液的pH为8～10，磁力搅拌3h；称取与理论生成钼酸铋的质量比为0.5％～2.0％的(NH2)2CS加入到上述混合溶液中，超声溶解，继续搅拌2h后，置于100～140℃反应釜反应4h；反应结束后，室温冷却，离心分离，滤饼用蒸馏水和无水乙醇洗涤干净，于80℃下干燥12h，研磨即得硫掺杂钼酸铋纳米片状可见光催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种硫掺杂钼酸铋纳米片状可见光催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)称取2.5mmolBi(NO3)3·5H2O溶于10mL乙二醇中，记为溶液A，将0.5mmol(NH4)6Mo7O24·4H2O和0.2g表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮溶于20mL蒸馏水中，记为溶液B；(2)将溶液A滴加到溶液B中，滴加完成后用2mol/L的NaOH溶液调节混合溶液的pH为8～10，磁力搅拌3h；称取与理论生成钼酸铋的质量比为0.5％～2.0％的(NH2)2CS加入到上述混合溶液中，超声溶解，继续搅拌2h后，置于100～140℃反应釜反应4h；反应结束后，室温冷却，离心分离，滤饼用蒸馏水和无水乙醇洗涤干净，于80℃下干燥12h，研磨即得硫掺杂钼酸铋纳米片状可见光催化剂。2.根据权利要求1所述的硫掺杂钼酸铋纳米片状可见光催化剂的制备方法，其特征在于采用一...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘成伦，李端阳，徐龙君，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50