自组装苝二酰亚胺的钒酸铋有机-无机复合光催化剂及其制备方法技术

自组装苝二酰亚胺的钒酸铋有机

【技术实现步骤摘要】
自组装苝二酰亚胺的钒酸铋有机
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无机复合光催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及复合光催化剂材料
，具体涉及有机
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无机复合光催化剂的生产工艺。

技术介绍

[0002]近年来，抗生素已在全世界范围内被广泛用于治疗细菌感染引起的疾病。由于过度使用抗生素，它会随着生物的新陈代谢而被释放到环境中，并且随着社会发展和人们健康意识的不断提高，人们对生存环境的要求也越来越高。因此为了净化环境，去除废水和土壤中抗生素的残留，光催化技术以其绿色、高效、价格低廉等的优点被认为是解决能源短缺和环境污染的有效途径，已广泛被应用于降解有机污染物和抗菌等方面。
[0003]BiVO4是目前被广泛关注且有前途的光催化剂之一。由于无毒、成本低、绿色环保等优点，使其在光电转换、降解污染物、分解水制氢等方面得到广泛研究。但是BiVO4由于其光生载流子的快速复合和微弱的光吸收，这限制了BiVO4作为一种潜在有效光催化剂的应用。因此，许多研究者进一步致力于通过调节其晶体结构、负载贵金属或与其他无机半导体构建异质结结构来提高其光催化性能。
[0004]构筑异质结结构是提升光催化性能的一种很有前途的方法，通过电子
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空穴对的有效分离从而来提高BiVO4的光催化性能。迄今为止，已经报道了多种无机半导体与BiVO4构筑异质结，例如Ag3PO4/BiVO4、g
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C3N4/BiVO4和Ag2S/BiVO4，而BiVO4与有机半导体构筑异质结未得到广泛研究。此外，与无机半导体相比，有机半导体常常有无机材料不具备的优点：广泛的光谱吸收范围、结构多样性和易于调节的光特性。近年来，一种有机分子—苝二亚胺（Perylene diimide, PDI）崭露头角，其通过π
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π堆积和氢键可自组装成超分子纳米纤维（Perylene diimide organic supermolecule, PDIsm）。已有报道，自组装PDIsm可以单独降解四环素类抗生素，PDIsm超分子较大的比表面积和独特的π
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π电子共轭性能使其对抗生素有良好的降解性能和稳定性。自组装PDIsm是一种很有前途的有机半导体，可以与BiVO4复合形成新型光催化剂。目前，自组装苝二酰亚胺的钒酸铋有机
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无机复合光催化剂还尚未报道。因此，研制出的自组装苝二酰亚胺的钒酸铋有机
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无机复合光催化剂不仅毒副作用小、稳定性高，而且在可见光照射条件下表现出良好的降解性能，具有良好的应用前景。

技术实现思路

[0005]本专利技术第一目的是针对钒酸铋材料作为光催化剂电荷复合速率快、光催化效率低的特点，提出一种尚未报道新型具有良好的可见光响应性能，光催化降解盐酸左氧氟沙星性能较佳的自组装苝二酰亚胺的钒酸铋有机
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无机复合光催化剂。
[0006]本专利技术所述自组装苝二酰亚胺的钒酸铋有机
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无机复合光催化剂中苝二酰亚胺自组装于钒酸铋的表面；所述钒酸铋的厚度为1~5 mm、直径为1～10 μm；所述苝二酰亚胺具有纳米纤维结构，厚度为10～100 nm、长度为100～500 nm。
[0007]本专利技术由于苝二酰亚胺自组装于钒酸铋的表面，其可见光响应性能可进一步提高，对抗生素的可见光光催化降解具有重要意义，催化剂具有良好的可见光响应性能，在30min内光催化降解盐酸左氧氟沙星可以达到83%。
[0008]进一步地，本专利技术所述复合光催化剂中，苝二酰亚胺与钒酸铋的摩尔比为1:10～40。经过反复试验验证了：虽然随着苝二酰亚胺掺杂量的增加，复合材料的光催化性能增加，但当掺杂量为50%时再增加苝二酰亚胺的掺杂量其光催化降解盐酸左氧氟沙星显著降低，所以苝二酰亚胺的掺杂量为钒酸铋摩尔量的10~40%为最佳选择，其光催化效果优于未掺杂苝二酰亚胺的钒酸铋显著的增强作用。
[0009]本专利技术另一目的是提出以上自组装苝二酰亚胺的钒酸铋有机
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无机复合光催化剂的制备方法。
[0010]本专利技术技术方案是：先将钒酸铋光催化剂分散于去离子水中，然后再依次加入适量的苝二酰亚胺、三乙胺和酸，得到复合材料，最后将复合材料离心后用以去离子水和无水乙醇洗涤、干燥，得自组装苝二酰亚胺的钒酸铋有机
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无机复合光催化剂。
[0011]本专利技术制备方法具有简单易行，价格低廉和重复性好等特点，具有以下有益效果：1、本专利技术采用水热法和原位法的方法，成功地构建了自组装苝二酰亚胺/钒酸铋有机
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无机复合光催化剂，本专利技术制备方法简单可控，绿色无污染，耗能较低，相对于其他光催化剂来说，成本低廉。
[0012]2、采用本专利技术制得的复合光催化剂具有很好的可见光响应性能，可见光吸收边可达到700 nm，复合光催化剂的电子
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空穴重组速率大大降低，降解盐酸左氧氟沙星的测试表明，复合光催化剂的可见光光催化性能大大增强。
[0013]3、本专利技术所得有机
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无机光催化剂可促进复合材料增强光催化活性的发展，还在环境净化领域具有良好的应用前景。
[0014]在自组装苝二酰亚胺的钒酸铋有机
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无机复合光催化剂的制备过程中，所述苝二酰亚胺与钒酸铋的投料摩尔比为1∶10～1∶40。虽然随着苝二酰亚胺掺杂量的增加，复合材料的光催化性能增加，但当掺杂量为50%时再增加苝二酰亚胺的掺杂量其光催化降解盐酸左氧氟沙星显著降低，所以苝二酰亚胺的掺杂量为钒酸铋摩尔量的10～40%为最佳选择，其光催化效果优于未掺杂苝二酰亚胺的钒酸铋显著的增强作用。
[0015]另外，所述苝二酰亚胺和三乙胺的投料摩尔比为1∶4～1∶10，苝二酰亚胺和酸的投料摩尔比为1∶10～1∶40。随着酸用量的增加，自组装苝二酰亚胺的形貌以及光催化性能会发生变化，引入适量的酸可以将自组装苝二酰亚胺调节成规则有序的结构，这有助于构建电子传输通道以提高电子和空穴的分离效率。
[0016]进一步地，所述分散是采用工作频率10～100 kHz超声分散10～60min后进行磁力搅拌。超声分散和磁力搅拌可以较好地将苝二酰亚胺通过机械作用均匀分散在钒酸铋的周围，从而苝二酰亚胺在自组装下能够更好地和钒酸铋结合。
[0017]所述酸为盐酸、硝酸或硫酸中的至少任意一种。苝二酰亚胺(PDI)自组装的程度可以通过自组装过程中添加的酸的种类以及用量来控制。通过引入不同的酸可以改变反应途径，从而导致反应体系中自由基的可能变化。
[0018]另外，上述钒酸铋光催化剂的制备方法是：a）将Bi(NO3)3·
5H2O溶于2.0~3.0 M稀硝酸水溶液中，然后加入乙酸和乙醇，最后
缓慢加入溴化1
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十二烷基
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3甲基咪唑(溴化1
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十二烷基
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3甲基咪唑与Bi(NO3)3·
5H2O摩尔比为1:5~10)，搅拌均匀，得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.自组装苝二酰亚胺的钒酸铋有机
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无机复合光催化剂，其特征在于苝二酰亚胺自组装于钒酸铋的表面；所述钒酸铋的厚度为1～5 μm、直径为1～10 μm；所述自组装苝二酰亚胺具有纳米纤维结构，厚度为10～100 nm、长度为100～500 nm。2.根据权利要求1所述自组装苝二酰亚胺的钒酸铋有机
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无机复合光催化剂，其特征在于所述复合光催化剂中，自组装苝二酰亚胺与钒酸铋的摩尔比为1∶10～1∶40。3.如根据权利要求1所述自组装苝二酰亚胺的钒酸铋有机
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无机复合光催化剂的制备方法，其特征在于先将钒酸铋光催化剂分散于去离子水中，然后再依次加入苝二酰亚胺、三乙胺和酸，得到复合材料，最后将复合材料离心后用以去离子水和无水乙醇洗涤、干燥，得自组装苝二酰亚胺的钒酸铋有机
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无机复合光催化剂。4.根据权利要求3所述复合光催化剂的制备方法，其特征在于所述苝二酰亚胺与钒酸铋的投料摩尔比为1∶10～1∶40；所述苝二酰亚胺和三乙胺的投料摩尔比为1∶4～1∶10，苝二酰亚胺和酸的投料摩尔比为1∶10～1∶40。5.根据权利要求3所述复合光催化剂的制备方法，其特征在于所述钒酸铋光催化剂由以下制备方法制得：a）将Bi(NO3)3·
5H2O溶于2.0~3.0 M稀硝酸水溶液中，然后加入乙酸和乙醇，搅拌均匀使其完全溶解，缓慢加入溴化1
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十二烷基
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3甲基咪唑，得溶液A；b）取与步骤a）中所述Bi(NO3)3·
5H2O等摩尔量的偏钒酸铵溶于2.0～3.0 M的氢氧化钠水溶液中，得溶液B；c）将所述溶液A缓慢加入到所述溶液B中，经搅拌混匀，得到悬浊液；d）将所...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈明，周俊，张金贵，沈培培，
申请(专利权)人：江苏汇诚医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：