[发明专利]具有可见光催化降解污染物性能的表面疏水性钒酸铋的合成方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种可见光催化剂钒酸铋的合成方法，合成的表面疏水的钒酸铋具有在可见 光照射下对空气和污水中的有机污染物降解的性能。属于无机非金属材料和光催化有机污染 物降解的技术领域。

背景技术：

环境污染——特别是工业污水排放造成的水环境污染和空气中大量的挥发性有机物 (VOC)的存在，已经严重地威胁着人类自身的健康。在工业污水中，许多难降解的有机污 染物化学耗氧量(COD)很高，一般达到数万mg/L，远远超出国家的排放最低标准300mg/L (二级排放标准)；五日生化需氧量与化学需氧量比值(BOD5/COD)低(小于0.1)，有机污 染物难于生化降解。尽管经过多年的研究和探索，人们已经成功开发出许多高级的氧化技术 进行污水处理，但是由此造成的环境污染问题仍旧很严重。

光催化氧化是一种新型的高级氧化技术(Advanced oxidation processes，AOPs)，在环境 有机污染物的降解中，该技术具有效率高、能耗低、操作简便、反应条件温和、使用范围广、 无毒、无二次污染等特点。因此，将光催化技术应用于废水处理，或者作为预处理方法对传 统废水处理工艺进行改造或强化，可提高废水的处理效果，具有重要的研究价值。近年来， 光催化氧化已成为高级氧化技术的研究热点，引起了国内外环保工作者的广泛重视。

光催化氧化中使用的光催化剂大多是TiO₂。由于TiO₂的禁带宽度为3.2eV(300nm)，只 能吸收占太阳光谱约5％的紫外光，而占50％的可见光却得不到有效利用。虽然研究者对TiO₂进行了很多改性，包括掺杂、敏化、复合等各种手段以扩展其对太阳能的吸收性能，但伴随 而来的是处理效率降低、成本升高等诸多问题。据报道，将Bi³⁺，In³⁺，Sn²⁺等具有s²电子和 具有d¹⁰电子的Ag⁺添加到氧化物体系中，可以与O_2p轨道杂化而提升价带电势，从而使带隙 变窄而具有可见光响应性能。直接含有Bi³⁺的复合氧化物，如BiVO₄，Bi₂MoO₆，Bi₂WO₆，AgVO₄， 或MIn₂O₄(M＝Ca，Sr，Ba)等均是较好的可见光催化剂。

BiVO₄是一种稳定的半导体材料，其禁带宽度为2.4eV，非常接近于太阳光谱的中心 (2.6eV)，其吸收边可以延伸到约520nm，表观颜色为橙黄色，因此BiVO₄是一种理想的可 见光响应的光催化材料。BiVO₄主要有锆石(Zircon)和白钨矿(Scheelite)两种结晶类型，前 者禁带较宽(2.9eV)，仅在紫外区有响应；后者又可分为四面体结构和单斜结构两种。四 面体结构白钨矿结晶(Tetragonal scheelite structure)的单胞参数为β＝90°，而单斜结构白钨矿结晶(Monoclinic scheelite structure)的单胞参数为andβ＝90.383°。二者的不同之处只是局部结构的扭曲有一些 差别，这种微小的差别导致光催化性质有很大的不同，单斜结构BiVO₄的光催化活性远远高 于四面体结构的BiVO₄。

BiVO₄作为高活性的可见光催化剂是由Kudo等人首先发现的。1999年Kudo等又探索出 一种全新的室温“软化学”合成法合成高结晶的BiVO₄，该方法合成的BiVO₄可以在可见光的 照射下以很高的活性从AgNO₃水溶液中释放出氧气，从此BiVO₄作为一种可见光敏感性光 催化剂倍受关注。