[发明专利]一种富勒烯自组装纳米钒酸铋光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钒酸铋光催化剂的制备领域，特别涉及一种富勒烯自组装纳米钒酸铋光催化剂的制备方法。

背景技术

近年来，以二氧化钛(TiO₂)为核心代表的光催化技术在环境污染治理领域，特别是在难生物降解废水处理和空气净化中的应用越来越广泛，但由于其带隙较宽，仅能够在紫外光照射下才具有光催化作用，从而限制了其应用领域的进一步扩大。为了能够提高TiO₂对太阳光的利用效率，国内外很多专家学者围绕着可见光响应的TiO₂光催化剂展开了大量的研究工作，主要针对TiO₂光催化剂表面结构改性、无机元素和金属元素掺杂改性等，旨在扩大其光谱响应范围，提高其可见光催化活性。尽管如此，经过改性的TiO₂光催化剂在目前阶段仍然存在着可见光催化活性不理想，光降解能力较差等问题，导致其实用性较差。

最近的研究发现，具有单斜晶系白钨矿结构的复合氧化物钒酸铋(BiVO₄)在可见光照射下就具有光催化活性，能够分解水分子产氧和降解有机污染物，是一种潜在的光催化剂。然而，BiVO₄的吸附性能很差，而且产生的光生载流子难以迁移，容易复合，从而影响了其可见光活性。目前关于针对BiVO₄的复合改性和掺杂的研究报道较少，另外关于将其自组装于吸附性能好的多孔材料，如活性炭等的报道也不多，因此，如何增强其在可见光范围内的吸收，以及提高其可见光催化活性，是目前研究开发BiVO₄高效光催化剂的主要研究重点。

污水处理常规方法主要有：物理分离法、生物降解法、化学分解法等，但这些方法都存在一定的局限性，因此，研究人员开始致力于开发高效、低能耗、适用范围广和有深度氧化能力的水净化技术。近年来，很多学者将TiO₂用于光催化降解水体中的有机污染物，虽然取得了一定的效果，但由于其光响应范围的限制，导致处理效果往往不够理想。相比之下，BiVO₄在可见光区域就具有良好的光催化活性，是一种潜在的理想光催化剂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种富勒烯自组装纳米钒酸铋光催化剂的制备方法，该方法成本低廉，简单易行，对设备的要求低，可操作性好；制备的富勒烯粉体钒酸铋自组装均匀，能够在紫外光和可见光条件下高效降解持久性有毒有害物质，回收再生利用简便，非常适用于废水的深度处理。

本发明的一种富勒烯自组装纳米钒酸铋光催化剂的制备方法，包括：

(1)将铋盐、稳定剂加入到磷酸盐缓冲液中，搅拌15～60min，形成悬浊液；将偏钒酸盐先均匀溶于磷酸盐缓冲液，然后加入到上述悬浊液中，搅拌均匀，形成透明溶液；其中，铋盐和偏钒酸盐在溶液中的浓度均为0.01～0.15mol/L，稳定剂在溶液中的浓度为0.01～0.05mol/L；

(2)用碱性溶液调节上述透明溶液的pH值至4.5～9.0，然后在20～100℃下加入与铋盐质量比为5∶1～20∶1的富勒烯，搅拌混合，回流6-24h，离心、过滤、洗涤后，最后将所得产物焙烧，经冷却研磨后，即得自组装了纳米钒酸铋的富勒烯光催化剂粉体。

所述步骤(1)中的铋盐为硝酸铋、碱式碳酸铋、氯化铋或醋酸铋。

所述步骤(1)中的稳定剂为乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸四钠、葡萄糖酸钠或丁烷四羧酸。

所述步骤(1)中的偏钒酸盐为偏钒酸钠、偏钒酸钾或偏钒酸铵。

所述步骤(1)中的磷酸盐缓冲液由浓度为0.025～0.05mol/L磷酸二氢钠溶液和0.05～0.1mol/L磷酸氢钠溶液组成。

所述步骤(2)中的碱性溶液为0.5～1.5mol/L的氢氧化钠或氢氧化钾水溶液。

所述步骤(2)中的焙烧温度为180～400℃，焙烧时间为2～4h。

本发明利用富勒烯独特的层链状结构特征、比表面积大、吸附能力强、化学惰性等特点，结合BiVO₄的可见光催化活性，成功的将纳米BiVO₄自组装到富勒烯上，制备成可以悬浮于水中的高催化活性可见光光催化材料，并且将其应用于废水的深度处理，可以实现对水中有机污染物的高效去除，特别是对常规处理难以有效去除的持久性微污染物，而且无二次污染，是环保型的工艺技术。