可见光响应型半导体光催化剂钒酸铋的制备方法技术

本发明专利技术公开一种可见光响应型半导体光催化剂钒酸铋的制备方法，室温下将铋盐溶解在硝酸中，将与铋盐等摩尔的钒酸盐或偏矾酸盐溶解在６０～９０℃的热水中，并向上述两份溶液中分别加入苯或聚乙二醇或两者的混合溶液；在搅拌的状态下将含钒液体滴入到含铋液体中，搅拌，陈化，抽滤，洗涤，干燥，制备成可见光响应型的半导体光催化钒酸铋ＢｉＶＯ４材料。本发明专利技术方法制备的ＢｉＶＯ４可见光响应强、光催化氧化分解能力高，制备方法简单，反应时间短，易于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无机材料与废水处理
，具体涉及的是一种可见光响应型的半 导体光催化剂的制备方法。
技术介绍
随着现代工业的发展，特别是有机化工和印染业，使得人类居住的环境污染日益 突出。对于一些高浓度、难降解的有机废水，使用传统的药剂和生化处理法难以取得理 想效果° 自从 1972 年 Fujishima 禾口 Honda. Nature, 1972, 238: 37 38]在 η型半导体TiO2单晶电极上光电催化分解水制氢气以来，光催化过程已经成为能源(光催化 制氢)和环境(光催化降解有机污染物)领域研究的重要方向之一。太阳能是一种永不枯竭的自然资源，在资源日益减少的今天，太阳能的开发是替 代传统能源(如石油、煤炭)的方法之一。半导体光催化剂对环境友好，可以利用太阳光降解 有机污染废水。光催化降解有机污染废水的原理是光线(紫外光、可见光)照射到光催化剂 上，光催化剂产生电子(e)和空穴(h+)，空穴(h+)与H2O生成羟基自由基(· 0H)，羟基自由 基(· 0H)具有极强的氧化能力，能氧化大多数的有机污染物、部分无机污染物和细菌，将其 直接降解为C02、H20、N2等无害物质。因而半导体光催化剂具有光催化降解、杀菌、除恶臭 等作用。光催化剂根据其吸收光线的波长分为紫外光响应型光催化剂和可见光响应型光 催化剂。目前用于光催化降解的半导体材料主要有Ti02、Zn0、CdS、Cu20、ZnS、BiVO4等。目 前的研究主要集中在TiO2基系列光催化剂，但TiO2应用存在几个关键的技术难题，如TiO2 光生载流子的复合率高，量子利用率低(不到4%)，难以用于处理数量大、浓度高的工业废 水；只能吸收小于388 nm的紫外光，在可见光范围内几乎无光响应，应用受到限制；用于环 境治理时，对污染物的吸附性差。其他的半导体光催化剂如CdS能吸收小于520 nm的紫外 和可见光，但易发生光腐蚀，而且Cd有毒危害环境；Cu2O本身很不稳定，能被空气中的氧氧 化为氧化铜，或与氧、水和二氧化碳作用，生成碱式碳酸铜。再鉴于由于太阳光到达地球表 面的光线中紫外线只占4%左右，而可见光占43%左右，紫外光响应型催化剂只能利用4%左 右的紫外线，太阳能利用率低，这使得紫外光响应型催化剂的应用受到限制，因此光催化的 发展方向是可见光响应型催化，可见光响应的高性能光催化材料的合成成为当务之急。1998 年，Kudo 等(Catal. Lett. 1998，53，229-230)报道了钒酸铋 BiVO4 作为一 种具有可见光活性的新型光催化剂，钒酸铋是一种安全、环保的材料，没有毒性，具有独特 的电磁性质、禁带宽度高、光催化活性高、对太阳光的利用率高，是最具有发展前景的光催 化剂之一。影响光催化剂的光催化性能的因素有很多，如光催化剂的类型、制备方法、改性方 法、形态等。BiVO4的合成方法有多种，有高温固相合成、水溶液共沉淀法、水热方法和微波法等。高温固相合成法需要高温设备，而且耗能，高温能使粒子产生团聚以及形态发生 变化。中国专利文献CN 101318700A (申请号200810048418. 4)公开了一种钒酸铋粉体 及其制备方法，采用了水热方法在钒酸铋的合成过程中加入十六烷基三甲基溴化铵，将钒 酸铋的前驱体放入反应釜中，8(T200°C水热处理7(Γ75小时，经后续分离、洗涤和干燥得到 微球状和/或微片状颗粒的钒酸铋粉体，该方法所制得的钒酸铋具有较高的光催化产氧活 性，但上述水热处理方法需要水热反应釜，水热处理时间过长。中国专利文献CN 100488625C (申请号200710118065.6)公开了一种采用微波法 制得钒酸铋的方法，在合成过程添加十六烷基三甲基溴化铵，将钒酸铋前驱体置于微波炉， 在微波功率119W至280W加热1(Γ40分钟后冷却洗涤干燥得到成品，该方法所制得的钒酸 铋对罗丹明B在2小时内最高光催化降解率可达到70% ；但微波法的微波发生器价格贵，而 且现行的微波发生器的体积过小，限制了 BiVO4产品的产量。相比于其他方法水溶液共沉淀法可以使反应物均勻混合，可在室温下操作，产品 的粒径均勻，工艺简单，容易实现工业化。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种制备过程简单的可见光响应型半导体光 催化剂钒酸铋的制备方法，所制得的钒酸铋可见光响应强、光催化氧化分解能力高。实现本专利技术目的的技术方案是一种可见光响应型半导体光催化剂钒酸铋的制备 方法，包括以下步骤①配置含三价铋的液体搅拌下将三价铋盐溶解于硝酸水溶液中，而得到三价铋盐的 硝酸水溶液，然后向所得溶液中加入助剂，从而得到含有三价铋的液体；所述助剂为苯或聚 乙二醇，或者为苯和聚乙二醇；②配置含五价钒的含氧钒酸盐的液体将与铋盐等摩尔的可溶于水的五价钒的含氧钒 酸盐加入水中再加热溶解或者直接加入热水中，溶解完全后向所得溶液中加入助剂，从而 得到含有五价钒的含氧钒酸盐的液体；助剂为苯或聚乙二醇，或者为苯和聚乙二醇的混合 溶液；可溶于水的五价钒的含氧钒酸盐为可溶于水的五价钒的偏矾酸盐或可溶于水的五价 钒的矾酸盐；③生成BiVO4在搅拌状态下将步骤②得到的含五价钒的含氧钒酸盐的液体滴入步骤 ①得到的含三价铋的液体中，从而发生生成物之一为钒酸铋的反应，且钒酸铋呈固态析出， 滴加完毕继续搅拌50 70分钟；然后陈化广5小时，使反应完全；④后处理将步骤③得到的物料抽滤、洗涤、干燥从而得到BiVO4粉末成品。上述步骤①中，三价铋盐的硝酸水溶液的制备方法是搅拌下先将三价铋盐加入 到水中，再向水溶液中加入60% 68%的硝酸而得到。上述步骤②中的溶解温度为60°C、0°C;步骤③中的搅拌速度为80(Γ1200转/分。上述步骤④中，先将步骤③得到的物料抽滤得到初产品，然后加入无水乙醇和去 离子水，直至完全浸没初产品，再次抽滤，重复上述步骤2 4次；最后置于40°C 60°C温 度下直至干燥。步骤①中的三价铋盐为硝酸铋或氯化铋；当步骤②中的可溶于水的五价钒的含氧钒酸盐为可溶于水的五价钒的偏矾酸盐时，该偏矾酸盐为NaVO3或NH4VO3,当步骤②中的可 溶于水的五价钒的含氧钒酸盐为可溶于水的五价钒的矾酸盐时，该钒酸盐为Na3VO4。上述步骤①中，所加入的助剂为苯，苯相对于含三价铋的液体的体积分数为 1. 59Γ30% ；步骤②中，所加入的助剂为苯，苯相对于含五价钒的含氧钒酸盐的液体的体积分 数为1. 5% 30%。上述步骤①中，所述助剂为聚乙二醇，聚乙二醇与三价铋盐或含氧钒酸盐的摩尔 比为(1 3) (1 5);步骤②中，所述助剂为聚乙二醇，聚乙二醇与三价铋盐或含氧钒酸 盐的摩尔比为(1 3) (1 5)。上述步骤①中，所加入的助剂为苯和聚乙二醇，其中苯相对于配置后的液体的体 积分数为1.5% 30%，聚乙二醇与三价铋盐或含氧钒酸盐的摩尔比为(1 1.4) (1 4)； 步骤②中，所加入的助剂为苯和聚乙二醇，其中苯相对于配置后的液体的体积分数为 1.5% 30%，聚乙二醇与三价铋盐或含氧钒酸盐的摩尔比为(1 1.4) (1 4)。本专利技术具有积极的效果(1)本专利技术的原料便宜易得，制备过程在室温下敞开体 系就可进行，无需特别设备或高温高压处理。(2)本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张春勇，郑纯智，张国华，张纪霞，赵兴红，尚通明，
申请(专利权)人：江苏技术师范学院，
类型：发明
国别省市：32