一種磷酸釩鋰-氧化鉍可見光催化活性多孔纖維及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光催化技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種面向水污染控制的，形貌規(guī)整、比表面積大、可見光吸收能力強(qiáng)的磷酸釩鋰-氧化鉍可見光催化活性多孔纖維及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]20世紀(jì)以來，隨著人類改造自然的活動不斷加劇，導(dǎo)致環(huán)境逐漸惡化。全球變暖、臭氧層破壞、二噁英事件等等都是人類生存環(huán)境惡化的直接結(jié)果。而環(huán)境污染的潛在影響遠(yuǎn)不止于此，甚至已嚴(yán)重地威脅到人類的繼續(xù)繁衍和生存。因此，控制污染、保護(hù)環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展是全人類的迫切愿望和共同心聲。在各種環(huán)境污染中，最普遍、最主要和影響最大的是化學(xué)污染。因而，有效地控制和治理各種化學(xué)污染物對構(gòu)成人類生存最基本的水資源、土壤和大氣環(huán)境的破壞是環(huán)境綜合治理中的重點(diǎn)，而開發(fā)使多種化學(xué)污染物無害化的實用技術(shù)則是環(huán)境保護(hù)的關(guān)鍵。
[0003]目前被廣泛應(yīng)用的具有代表性的污染控制技術(shù)主要包括:物理吸附法、化學(xué)氧化法、微生物處理法等，歷史上，這些方法對環(huán)境保護(hù)和修復(fù)起到了重大作用。但是隨著環(huán)境問題的發(fā)展，如人們對痕量污染物，持久性有機(jī)污染物，內(nèi)分泌干擾物等新型污染物問題的認(rèn)識的加深，這些傳統(tǒng)技術(shù)不同程度地暴露出效率低，凈化不徹底，易產(chǎn)生二次污染、使用范圍窄，對污染物有選擇、能耗高、不適合大規(guī)模推廣等缺陷。因而，開發(fā)高效、節(jié)能、適用面廣、處理徹底的污染控制技術(shù)一直是環(huán)保研宄追求的目標(biāo)。半導(dǎo)體光催化研宄是目前材料和化學(xué)領(lǐng)域的前沿課題，在新能源和環(huán)境凈化方面具有廣闊的應(yīng)用前景。光催化技術(shù)作為一種新型的環(huán)境污染治理方法，具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如反應(yīng)條件溫和、操作簡便、能礦化絕大多數(shù)有機(jī)物、二次污染少及可利用太陽光等。目前報道的光催化劑大多帶隙較寬、僅在紫外光區(qū)顯示出高催化活性。但紫外光僅占太陽光總能量的5%，而在400?700nm的可見光占太陽光總能量的43%。因此，為了更好地利用太陽能，研制具有可見光活性的催化劑是光催化進(jìn)一步走向產(chǎn)業(yè)化的必然趨勢。同時，高效可見光催化劑的研制對解決目前的環(huán)境問題和能源危機(jī)也具有深遠(yuǎn)的意義。
[0004]氧化鉍是一種富電子的半導(dǎo)體，其帶隙寬度為2.7eV，可以作為紫外和可見光下催化析氫和析氧的非金屬光催化劑。氧化鉍催化劑具有環(huán)境污染控制方面應(yīng)用的潛力，但需對其進(jìn)行改造和優(yōu)化以適應(yīng)污染物降解的實際需要。目前，對于氧化鉍光催化劑的改進(jìn)主要集中在兩個方面:1)對于氧化鉍光催化活性的改進(jìn)，如=Thomas等將氧化鉍研磨成粉末以提高其比表面積，發(fā)現(xiàn)研磨后的氧化鉍在可見光照(λ > 420nm)下其光催化活性提高了2倍。專利CN201410445493.X則公開了一種新型高效碘氧化鉍/鉬酸鉍復(fù)合可見光催化材料，發(fā)現(xiàn)以異質(zhì)結(jié)復(fù)合的辦法可有效提高氧化鉍光催化劑的催化活性；2)對于氧化鉍光催化劑形貌的改進(jìn)，如Chen等采用SBA-15作為模板劑制得了具有大的比表面積，且周期有序的介孔結(jié)構(gòu)氧化鉍，發(fā)現(xiàn)其光催化效率約為塊體氧化鉍的5倍。專利CN201410075408.5則公開了一種納米球狀氧化鉍光催化劑的制備方法，發(fā)現(xiàn)低維的納米片層微觀結(jié)構(gòu)和合適的禁帶寬度，與傳統(tǒng)體相氧化鉍相比，能有效地提高比表面積和增強(qiáng)太陽光的利用率。
[0005]但總的來說，對于氧化鉍的改進(jìn)還局限在對其單一性質(zhì)的優(yōu)化，對其形貌、結(jié)構(gòu)、異質(zhì)結(jié)構(gòu)的協(xié)同改善還未見報道。此外，當(dāng)氧化鉍光催化劑粉末被用于水污染控制時，難以被回收利用，容易造成催化劑流失和二次污染，因此，對于氮化碳光催化劑可分離回收性的改進(jìn)也是一個重要的研宄方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題而做出的，本發(fā)明的目的在于提供一種磷酸釩鋰-氧化鉍可見光催化活性多孔纖維的制備方法，本發(fā)明的另一目的是提供一種比表面積大、可見光吸收能力強(qiáng)、光催化活性高、易于分離回收的磷酸釩鋰-氧化鉍可見光催化活性多孔纖維，該纖維是利用上述的方法制備的。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一技術(shù)方案，一種磷酸釩鋰-氧化鉍可見光催化活性多孔纖維，其特征在于該種纖維材料是由磷酸釩鋰和氧化鉍兩種光催化活性物種復(fù)合而成，其纖維的長徑比為5.5?12，纖維直徑320?580nm，纖維中分布24?87nm大小不等的納米孔道。
[0008]本發(fā)明的第二技術(shù)方案，一種磷酸釩鋰-氧化鉍可見光催化活性多孔纖維的制備方法，其特征在于，制備過程包括如下步驟:
[0009]I)稱取3.2?5.5g磷酸釩鋰粉末超聲分散到25mL質(zhì)量濃度為15?25%的吐溫80水溶液中攪拌30分鐘，制成磷酸釩鋰分散液；
[0010]2)稱取1.2?1.7g鉍酸鈉超聲分散溶解到15mL質(zhì)量濃度為45?55%的高氯酸乙醇溶液中，再將其加入上述分散液中攪拌；
[0011 ] 3)該分散液移入勻漿機(jī)中，控制轉(zhuǎn)速為22000轉(zhuǎn)/分鐘，劇烈震蕩2小時，迅速加入到經(jīng)超聲分散的10mL含1.5g?2.2g納米氧化鉍的水溶液中；
[0012]4)上述溶液經(jīng)靜置24小時陳化后，移入帶聚四氟乙烯內(nèi)襯的自生壓力釜中，放置于烘箱中，控制恒溫120°C，水熱處理24小時；
[0013]5)取出自生壓力釜，自然降溫冷卻后，取出內(nèi)容物，移去上清液，所得沉淀經(jīng)離心、洗滌、干燥后，即得磷酸釩鋰-氧化鉍可見光催化活性多孔纖維。
[0014]本發(fā)明的第三技術(shù)方案的，在第二技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，其特征在于所述的磷酸釩鋰粉末用量為3.2?5.5g，優(yōu)選4.5g ;所述的吐溫80的水溶液質(zhì)量濃度為15?25%，優(yōu)選10% ;所述的納米氧化秘的用量為1.5g?2.2g，優(yōu)選1.8g。
[0015]通過上述的技術(shù)方案，可以順利的實現(xiàn)磷酸釩鋰-氧化鉍可見光催化活性多孔纖維的制備，其中吐溫80是一種優(yōu)良的結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)劑，可以促進(jìn)纖維中納米孔結(jié)構(gòu)的形成；納米氧化鉍為納米纖維提供了生長的晶核，納米纖維可沿著其(110)晶面生成，水熱合成則保證了纖維生長的各向異性，有利于纖維的形貌保持。
[0016]有益效果:
[0017]1.本發(fā)明提出的磷酸釩鋰-氧化鉍可見光催化活性多孔纖維，其長徑比大于5.5，一般認(rèn)為，當(dāng)纖維長徑比大于5的時候，采用過濾操作對其進(jìn)行分離較為有利，因此該纖維在水處理過程中可以回收利用，避免了催化劑流失和二次污染；
[0018]2.本發(fā)明提出的磷酸釩鋰-氧化鉍可見光催化活性多孔纖維