[发明专利]一种钒酸铋可见光光催化材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于环境污染治理技术领域，涉及一种钒酸铋可见光光催化材料的制备方法。

背景技术

随着人类不断发展，对环境污染的控制与治理是人类社会面临和急需解决的重大课题。在众多的环境污染治理技术中，以半导体为催化剂的多相光催化过程，以其在室温条件下反应、可直接利用太阳光作为光源来驱动氧化-还原反应等优点而成为一种理想的环境污染治理技术。BiVO₄作为一类新型半导体光催化材料，因其带隙较窄（约2.4eV），波长响应范围扩展到520nm左右，光化学性能稳定，氧化还原能力强，无毒、价廉等优点正在成为可见光光催化研究领域的热点。研究报道BiVO₄主要有3种晶体结构，包括四方晶系白钨矿型(高温相)、四方晶系硅酸锆型和单斜晶系变形白钨矿型(褐钇铌矿型)。其中单晶白钨矿结构的单体BiVO₄光催化活性相对最高。但由于BiVO₄的导带边位于0V，其光生电子不容易被空气中的氧气捕获而在催化剂表面积累，增加了电子与空穴的复合几率，致使在可见光下降解有机物的能力较差。因此在这种情况下快速捕获光激发电子，抑制其与高能空穴的复合，对提高此类光催化剂可见光催化降解污染物的效率至关重要。

为此，研究者采取了多种手段对其进行修饰与改性，其中非金属和金属离子掺杂是常用手段之一。Zhang等采用改进的MOD法合成的Si掺杂BiVO₄薄膜对苯酚的降解速率明显提高。索静等通过水热法合成的Cu-BiVO₄可使可见光吸收带发生红移，对气态甲苯的去除率达到90%。Chatchai等采用旋转涂层的方法在FTO基底上制备出的WO₃/BiVO₄薄膜在可见光下的光电效率明显增强。张秀芳等采用高温煅烧法合成的Ag担载BiVO₄薄膜对苯酚的可见光催化效率和光电催化效率提高了61%和40.5%。陈恒等采用模板水热法制备出的Co掺杂BiVO₄具有较高的可见光活性，照射120min对苯酚的去除率达到75%。张爱平等采用水热合成法制备了币族金属（Cu、Ag和Au）和稀土金属Ln(Ln=Eu、Gd、Er)掺杂的BiVO₄光催化剂。其结果显示，这两类金属掺杂的BiVO₄光催化剂的可见光吸收范围有不同程度的红移，对甲基橙的脱色率大大提高。但有研究表明，对于掺杂同一种金属对光催化剂活性影响会因不同制备方法而存在差异。

发明内容

本发明的目的是针对钒酸铋光催化材料可见光催化效率低及现有改性技术的不足，而提供的一种制备过程简单、容易操作、成本和设备要求低的钒酸铋可见光光催化材料的制备方法，该方法得到的光催化剂具有很高的可见光催化活性，能快速降解染料废水中的有机污染物。

采用的技术方案是：

一种钒酸铋可见光光催化材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1）以Bi(NO₃)₃·5H₂O（97%），NH₄VO₃（98.5%）为源物质，柠檬酸（99.5%）作为螯合剂。按1:2的摩尔比例称取0.01 mol，4.8580 g的Bi(NO₃)₃·5H₂O和0.02 mol，4.2028 g的一水柠檬酸（C₆H₈O₇·H₂O），将一水柠檬酸加入到预先用适当稀硝酸溶解的50mL Bi(NO₃)₃·5H₂O溶液中，得A液。按1:2的摩尔比例称取0.01 mol，1.1698 g的NH₄VO₃和0.02 mol，4.2028 g的一水柠檬酸（C₆H₈O₇·H₂O），溶于50mL沸腾的蒸馏水中的B液。按Bi:V=1:1摩尔比混合A液和B液，再按照Eu³⁺与Bi³⁺摩尔比分别为0.1%、0.2%、1.0%和2.0%投加Eu(NO₃)₃入混合溶液，再用氨水调节pH值到6.5，在80 ℃下持续搅拌，蒸发，最后得到深蓝色钒酸铋前躯体溶胶。