專利名稱：以棉花纖維為模板制備釩酸鉍可見(jiàn)光光催化材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境污染治理技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種以棉花纖維為模板，采用檸檬酸絡(luò)合溶膠-凝膠法制備空心管狀釩酸鉍光催化材料的方法。
背景技術(shù)：
全球范圍的環(huán)境污染問(wèn)題制約著人類文明前進(jìn)的步伐，而環(huán)境污染物的消除更要消耗大量的能源，這給日益枯竭的能源提出嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。從1972年Fujishima和Honda報(bào)道了 T^2催化制氫以來(lái)，光催化技術(shù)受到人們廣泛關(guān)注，成為解決能源和環(huán)境問(wèn)題的有效方式之一。然而經(jīng)過(guò)三十多年廣泛深入地研究，光催化技術(shù)目前仍難以實(shí)現(xiàn)高效廉價(jià)地轉(zhuǎn)化利用太陽(yáng)能。主要原因是目前以TiO2為主的光催化劑帶隙較寬，僅在紫外光范圍有響應(yīng)， 而波長(zhǎng)在400nm以下的紫外光部分不足太陽(yáng)光總能量的5%，太陽(yáng)光能量主要集中在400 -700nm的可見(jiàn)光范圍，達(dá)總能量的43%，因此研制可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑是提高太陽(yáng)能利用率，最終實(shí)現(xiàn)光催化技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。其中BiVO4作為ー種可見(jiàn)光響應(yīng)光催化材料，由于具有較窄能隙和高的可見(jiàn)光光催化活性得到廣泛關(guān)注。BiVO4的晶體結(jié)構(gòu)有3種，分別是單斜白鎢礦、四方鋯石和四方白鎢礦，其中只有單斜白鎢礦BiVO4表現(xiàn)出較高的可見(jiàn)光光催化活性。影響光催化劑的光催化性能的因素有很多，如光催化劑的類型、制備方法、改性方法、形態(tài)等。BiVO4的制備方法有多種，包括固態(tài)反應(yīng)法、液相合成法、水熱法、超聲化學(xué)法、微波法等。但以棉花為模板，采用檸檬酸絡(luò)合溶膠-凝膠法制備釩酸鉍，可以通過(guò)控制煅燒溫度來(lái)獲得不同比表面積和形貌的、高結(jié)晶度、純度高的純單斜白鎢礦釩酸鉍可見(jiàn)光光催化材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種制備過(guò)程簡(jiǎn)單的釩酸鉍可見(jiàn)光光催化材料的制備方法，所制得的釩酸鉍可加光響應(yīng)強(qiáng)、光催化氧化分解能力高。采用的技術(shù)方案
一種空心管狀釩酸鉍可見(jiàn)光光催化材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟
1)以Bi(NO3)3 · 5H20 (97%)，NH4VO3 (98. 5%)為源物質(zhì)，檸檬酸(99. 5%)作為螯合剤， 按 1:2 的摩爾比例稱取 0. 01 mol，4. 8580 g 的 Bi (NO3)3 · 5H20 和 0. 02 mol,4. 2028 g 的一水檸檬酸(C6H8O7 ·吐0)，將一水檸檬酸加入到預(yù)先用稀硝酸溶解的50mL Bi(NO3)3 · 5H20溶液中，得A液；按1:2的摩爾比例稱取0.01 mol，1.1698 g的NH4VO3和0. 02 mol,4. 2028 g 的一水檸檬酸(C6H8O7 · H2O),溶于50mL沸騰的蒸餾水中的B液；按Bi V=I 1摩爾比混合A 液和B液，用氨水調(diào)節(jié)pH值到6. 4-6. 8，在80°C —90°C下持續(xù)攪拌，蒸發(fā)，最后得到深藍(lán)色釩酸鉍前軀體溶膠；
2)用預(yù)先準(zhǔn)備好的無(wú)菌、無(wú)雜質(zhì)的棉花將棉花薄片浸入釩酸鉍前驅(qū)體溶膠中取出，在抽濾裝置上抽去未被吸附的多余溶膠，然后在空氣中干燥10—20 min，再放入入烘箱中于 60 70で下烘干；3)將烘干的負(fù)載有釩酸鉍溶膠的棉花纖維用坩堝裝好，放入馬弗爐中于350 0C -550°C溫度下煅燒得到空心纖維管狀的釩酸鉍光催化材料；
上述所得高效光催化材料的催化效果采用甲基橙溶液進(jìn)行驗(yàn)證。


圖1 (a、b、c)分別是實(shí)施例1制備的釩酸鉍光催化劑的不同放大倍數(shù)掃描電鏡圖片。圖2是實(shí)施例1、2、3、4、5所制備的釩酸鉍光催化劑的XRD譜圖。圖3 (a、b、c)分別是實(shí)施例2制備的釩酸鉍光催化的不同放大倍數(shù)掃描電鏡圖片。圖4 (a、b、c)分別是實(shí)施例3制備的釩酸鉍光催化的不同放大倍數(shù)掃描電鏡圖片。圖5 (a、b)分別是實(shí)施例4制備的釩酸鉍光催化的不同放大倍數(shù)掃描電鏡圖片。圖6是實(shí)施例5制備的釩酸鉍光催化的掃描電鏡圖片。圖7是實(shí)施例1、2、3、4、5所制備的釩酸鉍光催化劑降解甲基橙效率圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體的實(shí)施例進(jìn)ー步說(shuō)明本發(fā)明是如何實(shí)現(xiàn)的 實(shí)施例1
本實(shí)施例的釩酸鉍的制備方法包括以下步驟
1)以 Bi(NO3)3 · 5H20 (97%)，NH4VO3 (98. 5%)為源物質(zhì)，檸檬酸(99. 5%)作為螯合剤。 按 1:2 的摩爾比例稱取 0. 01 mol，4. 8580 g 的 Bi (NO3)3 · 5H20 和 0. 02 mol,4. 2028 g 的一水檸檬酸(C6H8O7喝0)，將一水檸檬酸加入到預(yù)先用適當(dāng)稀硝酸溶解的50mL Bi (NO3) 3 ·5Η20 溶液中，得A液。按1:2的摩爾比例稱取0. 01 mol，1.1698 g的NH4VO3和0. 02 mol,4. 2028 g的一水檸檬酸(C6H8O7 ·Η20)，溶于50mL沸騰的蒸餾水中的B液。按Bi V=I 1摩爾比混合 A液和B液，用氨水調(diào)節(jié)pH值到6. 5，在80で下持續(xù)攪拌，蒸發(fā)，最后得到深藍(lán)色釩酸鉍前軀體溶膠。2)用預(yù)先準(zhǔn)備好的無(wú)菌、無(wú)雜質(zhì)的棉花將棉花薄片浸入釩酸鉍前驅(qū)體溶膠中取出，在抽濾裝置上抽去未被吸附的多余溶膠，然后在空氣中干燥10 min，再放入入烘箱中于 65で下烘干。3)將烘干的負(fù)載有釩酸鉍溶膠的棉花纖維用坩堝裝好，放入馬弗爐中于350°C下煅燒3. 5h得到空心纖維管狀的釩酸鉍光催化材料。得到的產(chǎn)品掃描電鏡見(jiàn)圖1 (a、b、c)所示。圖1 (a)為200倍電鏡照片，從這個(gè)低倍數(shù)掃描電鏡中，可以看出纖維管狀被大量制備。圖1(b)為1000倍的電鏡照片，從這個(gè)高倍數(shù)電鏡中，可以看出纖維管的管徑約25-30μπι之間。圖1 (C)為5000倍的電鏡照片， 從這個(gè)倍數(shù)電鏡中，可以看出構(gòu)成其管狀結(jié)構(gòu)壁面的顆粒之間堆積緊密，且其壁面較厚。圖 2，產(chǎn)物的XRD圖譜(X射線衍射圖譜)上，本實(shí)例合成的BiVO4在18. 7°、28. 8°,30. 5°,34. 5°、 35. 1°、37. 8°,39. 8°,42. 4°、47. 2°,53. 2°、59. 8°,63. 6°,69. 3° 位置出現(xiàn)衍射峰是單斜型釩酸鉍的特征峰，晶相純度較高。
為了檢驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)制備的釩酸鉍的光催化性能，對(duì)其進(jìn)行光催化降解甲基橙的實(shí)驗(yàn)。于250 mL燒杯中，加入0.05 g BiVO4光催化劑，50 mL濃度為10 mg/L的甲基橙溶液， 避光磁力攪拌20 min以達(dá)到吸附平衡。250 W金屬鹵化物燈為光源，燈距14 cm照射甲基橙溶液，光照l(shuí)Omin，甲基橙的光催化降解率達(dá)到88. 25%。實(shí)施例2
按照實(shí)施例1的本發(fā)明制備方法，只是將實(shí)施例1中的煅燒溫度改為400°c下煅燒 3. 5h，制備得到空心纖維管狀的釩酸鉍光催化材料。得到的產(chǎn)品掃描電鏡見(jiàn)圖3(a、b、c)所示。圖3(a)為200倍電鏡照片，從這個(gè)低倍數(shù)掃描電鏡中，可以看出纖維管狀被大量制備。 圖3 (b)為1000倍的電鏡照片，從這個(gè)高倍數(shù)電鏡中，可以看出纖維管的管徑約20-30 μ m 之間，部分纖維管裂成兩半。圖3 (c)為5000倍的電鏡照片，從這個(gè)倍數(shù)電鏡中，可以看出構(gòu)成其管狀結(jié)構(gòu)壁面較薄，而且壁面有均勻的蜂窩孔狀。圖2，產(chǎn)物的XRD圖譜(X射線衍射圖譜)上，本實(shí)例合成的BiVO4為單斜型釩酸鉍的特征峰，晶相純度較高。按照實(shí)施例1所述的方法檢測(cè)所合成的釩酸鉍的光催化性能，IOmin時(shí)甲基橙的光催化降解率為94. 22%
實(shí)施例3
按照實(shí)施例1的本發(fā)明制備方法，只是將實(shí)施例1中的煅燒溫度改為450°C下煅燒 3. ，制備得到空心纖維管狀的釩酸鉍光催化材料。得到的產(chǎn)品掃描電鏡見(jiàn)圖3 (a、b、c) 所示。圖3 (a)為200倍電鏡照片，從這個(gè)低倍數(shù)掃描電鏡中，可以看出纖維管狀被大量制備。圖3 (b)為1000倍的電鏡照片，從這個(gè)高倍數(shù)電鏡中，可以看出構(gòu)成管狀的壁面逐漸變薄，但管狀面上的蜂窩狀消失，且構(gòu)成壁面的顆粒也増大。圖4，產(chǎn)物的XRD圖譜(X射線衍射圖譜)上，本實(shí)例合成的BiVO4是單斜型釩酸鉍的特征峰，晶相純度較高。按照實(shí)施例1所述的方法檢測(cè)所合成的釩酸鉍的光催化性能，IOmin時(shí)甲基橙的光催化降解率為93. 72%
實(shí)施例4
按照實(shí)施例1的本發(fā)明制備方法，只是將實(shí)施例1中的煅燒溫度改為500°C下煅燒 3. ，制備得到空心纖維管狀的釩酸鉍光催化材料。得到的產(chǎn)品掃描電鏡見(jiàn)圖3 (a、b、c) 所示。圖3 (a)為200倍電鏡照片，從這個(gè)低倍數(shù)掃描電鏡中，可以看出纖維管狀被大量制備。圖3 (b)為1000倍的電鏡照片，從這個(gè)高倍數(shù)電鏡中，構(gòu)成管狀壁面的顆粒粒徑増大， 且空心管狀的直徑也増大。圖2，產(chǎn)物的XRD圖譜(X射線衍射圖譜)上，本實(shí)例合成的BiVO4 是單斜型釩酸鉍的特征峰，晶相純度較高。按照實(shí)施例1所述的方法檢測(cè)所合成的釩酸鉍的光催化性能，IOmin時(shí)甲基橙的光催化降解率為45. 02%。實(shí)施例5
按照實(shí)施例1的本發(fā)明制備方法，將步驟1制備的凝膠直接烘干后，在陽(yáng)0で下煅燒 3. 制備得到釩酸鉍。樣品電子掃描鏡見(jiàn)圖6，可以看出樣品是由均勻大小的球形顆粒組成，顆粒大小為Iym左右。圖2，產(chǎn)物的XRD (X射線衍射圖譜)上，本實(shí)例合成的BiVO4是單斜型釩酸鉍的特征峰，晶相純度較高。按照實(shí)施例1所述的方法檢測(cè)所合成的釩酸鉍的光催化性能，IOmin時(shí)甲基橙的光催化降解率為23. 46%。
權(quán)利要求
1.一種空心管狀釩酸鉍可見(jiàn)光光催化材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟1)以濃度97%的財(cái)(而3)3*5!120和濃度98.5%的NH4VO3為源物質(zhì)，以濃度99. 5%的檸檬酸作為螯合劑，按1:2的摩爾比例稱取0.01 mol，4. 8580 g的Bi (NO3)3 ·5Η20和0. 02 mol， 4. 2028 g的一水檸檬酸C6H8O7 · H2O,將一水檸檬酸加入到預(yù)先用適當(dāng)稀硝酸溶解的50mL Bi (NO3)3 ·5Η20溶液中，得A液；按1:2的摩爾比例稱取0.01 mol，l. 1698 g的NH4VO3和0. 02 mol, 4. 2028 g的一水檸檬酸C6H8O7 -H2O,溶于50mL沸騰的蒸餾水中的B液，按Bi V=I 1摩爾比混合A液和B液，用氨水調(diào)節(jié)pH值到6. 2-6. 8，在80で下持續(xù)攪拌，蒸發(fā)，最后得到深藍(lán)色釩酸鉍前軀體溶膠；2)用預(yù)先準(zhǔn)備好的無(wú)菌、無(wú)雜質(zhì)的棉花將棉花薄片浸入釩酸鉍前驅(qū)體溶膠中取出，在抽濾裝置上抽去未被吸附的多余溶膠，然后在空氣中干燥8 — 15min，再放入烘箱中于60 ^70で下烘干；3)將烘干的負(fù)載有釩酸鉍溶膠的棉花纖維用坩堝裝好，放入馬弗爐中，在350—5500C 溫度下煅燒得到空心纖維管狀的釩酸鉍光催化材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空心管狀釩酸鉍可見(jiàn)光光催化材料的制備方法，其特征在于所得高效光催化材料的催化效果采用甲基橙溶液進(jìn)行驗(yàn)證。
全文摘要
一種空心管狀釩酸鉍可見(jiàn)光光催化材料的制備方法，以Bi(NO3)3·5H2O(97%)，NH4VO3(98.5%)為源物質(zhì)，檸檬酸(99.5%)作為螯合劑。按金屬離子與檸檬酸摩爾比為1:2的比例將檸檬酸加入到預(yù)先用適當(dāng)稀硝酸溶解的50mL硝酸鉍溶液中，得A液。按金屬離子與檸檬酸摩爾比為1:2的比例，將偏釩酸銨和檸檬酸溶于50mL沸騰的蒸餾水中的B液。按Bi:V=1:1摩爾比混合A液和B液，用氨水調(diào)節(jié)pH值到6.5左右，在80℃下持續(xù)攪拌，蒸發(fā)，最后得到深藍(lán)色溶膠。本發(fā)明的復(fù)合材料在可見(jiàn)光下具有很好的光催化活性，能廣泛應(yīng)用于有機(jī)污染物的光催化降解，在環(huán)境治理方面存在廣泛應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B01J23/22GK102553565SQ201110378959
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者劉瓊, 張麗芳, 王敏 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)理工大學(xué)