[发明专利]一种钒酸盐纳米纤维光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钒酸盐（钒酸铋（BiVO₄）、钒酸银（Ag₃VO₄）或两者的复合物（Ag_3xBi_1-xVO₄））纳米纤维光催化剂及其制备方法，属于可见光催化材料制备技术领域。

背景技术

光催化技术是一项能源环境领域的新兴技术，其中以二氧化钛研究为最多，这是由于其具有无毒、稳定、低廉等优势。但二氧化钛光催化材料只具有紫外光响应且量子效率较低，影响了它的大规模应用，所以研究者通过掺杂、复合等手段拓宽其可见光响应，或者转而寻找其他新型光催化材料。

钒酸铋、钒酸银是一类具有可见光响应的新型光催化剂，其单斜相禁带宽度低于2.7eV，具有较高的可见光响应，且性质稳定，近年来成为研究热点。钒酸铋和钒酸银有多种制备方法，如固相合成法、共沉淀法、化学沉积法、有机金属分解法、水热法、超声化学法等。这些方法制备的钒酸铋、钒酸银均为粉体，虽然具有较高的比表面积，但在处理废水后难以与水相分离，使其实用性大大降低。

为了提高光催化剂与水相的分离效率，人们采用静电纺丝法制备出了纤维状光催化材料，并将其做成无纺布等形式。静电纺丝法是基于高分子聚合物溶于有机溶剂制成的纺丝液，在高压电场中电纺成丝而形成纤维，此时在纺丝液中添加各种前驱物，即可纺成不同成分的纳米纤维，然后通过焙烧的方法除去有机物，即可得到纯净、结晶良好的纳米纤维。基于这种方式，人们已经制备出了二氧化钛、氧化锌和一系列掺杂、复合的纳米纤维光催化剂。

然而，静电纺丝技术所需纺丝液中一般均为无水的高分子溶剂体系，如果纺丝液中含有部分水分，会极大的影响电纺成丝阶段的溶剂挥发，造成纤维黏连，甚至由于表面张力作用变成液滴，得不到纤维结构。人们制备钒酸铋、钒酸银时常选用偏钒酸铵、硝酸铋、硝酸银作前驱体，但前两种物质均不溶于乙醇等常见有机溶剂。若将前驱体先溶于少量水，再融入有机高分子聚合物溶剂体系制成纺丝液，纺丝液中的水分影响了有机溶剂的迅速挥发，导致电纺成丝后的纳米纤维毡黏在一起成了一层薄膜，若水分含量过高时甚至会形成不连续的液滴，难以得到纤维结构材料。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提出一种钒酸盐纳米纤维光催化剂，同时提供一种该钒酸盐纳米纤维光催化剂的静电纺丝制备方法，利用醇溶性较好的前驱物配制静电纺丝液，可解决前驱体不溶于有机溶剂而难以利用静电纺丝技术制备钒酸盐纳米纤维光催化剂的难题。

本发明的钒酸盐纳米纤维光催化剂，为单斜晶相，纤维直径为30nm-100nm，所述钒酸盐是钒酸铋或钒酸银或钒酸铋与钒酸银的复合物，钒酸铋与钒酸银的复合物中铋的摩尔数M_Bi、银的摩尔数M_Ag、钒的摩尔数M_V满足如下关系：M_Ag/3+M_Bi=M_V。

上述钒酸盐纳米纤维光催化剂的制备方法，采用静电纺丝法，纺丝液为无水乙醇的溶剂体系，具体包括以下步骤：

（1）按1mmol有机铋盐（2-乙基己酸铋或柠檬酸铋铵）或3mmol硝酸银或有机铋盐与硝酸银的混合物：5ml无水乙醇：0.5g-1g聚乙烯吡咯烷酮（PVP，分子量1300000）的比例取有机铋盐或硝酸银或有机铋盐与硝酸银的混合物、无水乙醇和聚乙烯吡咯烷酮，其中有机铋盐与硝酸银的混合物中铋的摩尔数M_Bi和银的摩尔数M_Ag满足关系M_Ag/3+M_Bi=1mmol；然后将有机铋盐或硝酸银或有机铋盐与硝酸银的混合物溶于无水乙醇中，再将聚乙烯吡咯烷酮溶于上述溶液（有机铋盐与无水乙醇的混合溶液、硝酸银与无水乙醇的混合溶液或有机铋盐与硝酸银的混合物与无水乙醇的混合溶液）中，得到A液；

（2）按1mmol：5ml的比例将有机钒盐（如乙酰丙酮氧钒或三乙氧基氧化钒或三异丙醇氧钒）溶于无水乙醇中，得到B液；

（3）将B液逐滴加入A液中，充分搅拌4小时-8小时制成纺丝液；

（4）将步骤（3）制成的纺丝液电纺成丝，得到含有钒酸盐和聚乙烯吡咯烷酮的复合纳米纤维毡；具体过程为：