[发明专利]酞菁敏化钒酸铋纳米粉体的超声化学原位制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化剂技术领域，具体涉及一种酞菁敏化钒酸铋纳米粉体的超声化学原位制备方法。

背景技术

当前酞菁敏化纳米粉体的制备主要采用的是直接复合方法，即将酞菁与已经制备的纳米粉体通过化学反应法、物理共混法、真空升华沉积法和浸渍吸附法等使其直接产生物理或者化学结合。上述方法制得的酞菁敏化纳米粉体体系均匀性较差，掺杂浓度和微观结构均难以准确调控，工业化应用前景堪忧。

2005年10月12日申请号为200510049270.2的发明创造公开了一种酞菁敏化二氧化钛纳米粉体的超声在位制备方法。它是利用超声条件下制备纳米粉体的技术，同步加入作为以敏化剂的酞菁分子，使其参与纳米二氧化钛粒子形成过程并与其复合，进而得到分散均匀、性能稳定并且具有高可见光催化活性和宽频谱响应的酞菁敏化二氧化钛纳米粉体。其步骤分为纳米粉体先驱液的制备和超声条件下纳米粉体的制备两步。该发明的催化剂主体纳米二氧化钛不具备可见光催化活性，对于可见光的利用完全取决于酞菁，只是拓展了光谱的响应范围，未能充分利用可见光资源。同时该反应得到的纳米二氧化钛晶型不够完整，其催化性能也有待于进一步提高。

目前发现的钒酸铋(BiVO₄)晶体结构有3种，分别是单斜白钨矿、四方锆石和四方白钨矿，其中单斜相的可见光活性最高，其在450nm处的量子效率可以达到9％，这使得钒酸铋在可见光催化领域的研究越来越受到重视。但是，由于光生载流子容易在钒酸铋上复合，使得光催化剂钒酸铋的可见光活性总体而言不甚理想。目前钒酸铋的制备方法主要有水溶液沉淀法和煅烧法。沉淀法是将含Bi(III)盐和V(V)盐的高纯溶液混合进行反应，需要时还可加入其它试剂，在严格控制浓度、温度和pH值等条件下，产生沉淀物，对沉淀物进行处理后得到产物。煅烧法是将含铋和钒的化合物混合，并加入少量无机物作为促进剂；也可用水溶液沉淀法制得的凝胶沉淀经干燥后，代替这种混合物。然后，将这种干物料在氧化气氛中，用600℃或更高的温度煅烧。上述两种方法制备的钒酸铋均无法提供均匀性好的钒酸铋纳米粉体，制得的钒酸铋对反应物的吸附较弱，其光催化性能不甚理想，对于其进一步的敏化改性利用效果欠佳。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种酞菁敏化钒酸铋光催化剂的超声化学原位制备方法，该方法制得的钒酸铋光催化剂均匀性好，具有较高的光催化活性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种酞菁敏化钒酸铋光催化剂的超声化学原位制备方法，具体步骤为：

(1)纳米粉体反应液的准备

将反应物A溶解于2～5mol/L的酸性稀释剂中制得0.1～0.3mol/L的反应液A，所述反应物A选自含铋离子的可溶性无机盐、铋碱、含铋离子的有机物中的一种或它们的混合物，将反应物B溶解于蒸馏水中制得与反应液A相同浓度的反应液B，所述反应物B选自含钒酸根离子的可溶性无机盐、含钒酸根离子的有机物中的一种或它们的混合物；

(2)超声条件下纳米粉体的制备

在常温下将理论钒酸铋产量的质量分数为0.6～3％酞菁作为敏化剂加入到所述步骤(1)中的反应液A中，采用碱性稀释剂，调节反应液A的pH值在1～4，调节反应液A的温度为50～95℃，并保持该温度2～4h，逐滴加入反应液B，再超声反应2～4h，制得沉淀，将所得沉淀离心分离、洗涤，在50℃～100℃的温度下真空干燥6～12h，制得光催化活性的酞菁敏化钒酸铋纳米粉体。

作为改进，所述的酸性稀释剂为硝酸、盐酸中的一种或它们的混合物。

作为改进，所述的碱性稀释剂为氢氧化钠溶液、氨水、三乙醇胺中的一种或它们的混合物。

作为改进，所述酞菁为磺化金属酞菁盐。

作为改进，所述超声反应的超声频率和功率分别是40KHz和150W。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

(1)本发明在纳米粉体反应液A中逐滴加入反应液B，通过控制B的含量有效调节反应液中B的含量，保证B物质的浓度在反应液中以一定恒值，进而控制反应进度，尤其是产物钒酸铋纳米晶体的形核速度和长大速度，保证钒酸铋晶粒的尺寸纳米级和晶型的完整性，是本方法制得的钒酸铋具有较高的光催化活性的一个原因。

(2)制备过程中要求保持温度50～95℃，并保持该温度2～4h，再超声反应2～4h，实验证明该技术特征能够促进钒酸铋纳米晶体的成核生长与扩散，在较小的粒径下使其发育完备，提高晶体的完整度。