[发明专利]一种光催化剂组合物CNB-BiVO4及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种治理有机染料污水的光催化剂组合物及其制备方法，特别涉及一种光光催化剂组合物CNB-BiVO₄及其制备方法。

背景技术

石墨相氮化碳，以其光催化活性较高、稳定性好、原料价格便宜，尤其是不含金属这一突出优点，使它成为一种新型的光催化材料，然而，单一相的g-C₃N₄催化剂通常因量子效率低而使其光催化性能表现的不够理想。此外，g-C₃N₄材料光生电子－空穴复合率较高，导致其催化效率较低，从而限制了它在光催化方面的应用。

为了提高g-C₃N₄的催化活性，最近几年来，人们研究了很多改性方法。

一种为用非金属元素对g-C₃N₄进行改性，所述的非金属元素包括S、N、F、P等，一般认为这些非金属元素取代了3-s-三嗪结构单元中的C、N、H元素，从而形成g-C₃N₄晶格缺陷使得光生电子－空穴对得到有效分离，有效提高其光催化性能。如将双氰胺与BmimPF₆(离子液体)混合，经过高温煅烧后得到P掺杂g-C₃N₄催化剂，经XPS分析表明P元素取代了结构单元中C，少量P掺杂虽然不能改变g-C₃N₄的结构，但是，其明显改变了g-C₃N₄的电子结构，光生电流也明显高于无掺杂的g-C₃N₄。

再如，将g-C₃N₄在H₂S气氛里于450℃煅烧制备了具有独特电子结构S元素掺杂g-C₃N₄的CNS催化剂，XPS分析显示S取代了g-C₃N₄结构中N，当λ＞300及420nm时，S掺杂g-C₃N₄光催化分解水产氢催化效率分别比单一相g-C₃N₄提高7.2和8.0倍。

再如，用NH₄F作为F源与DCDA制得F元素掺杂g-C₃N₄催化剂(CNF)，F元素掺入g-C₃N₄的骨架中，形成了C-F键，使其中一部分sp²C转化为sp³C，从而导致g-C₃N₄平面结构不规整；另外，随着F元素掺杂数量增多，CNF在可见光区域内的吸收范围也随之扩大，而其对应的带隙能由2.69eV降到2.63eV。

然而，上述制备方法不仅操作复杂，原料成本高，而且，制得的改性催化剂其光催化效率增加程度有限，不能满足工业要求。

因此，亟需开发一种具有高催化效率，且制备方法简单，使用简便的光催化剂或光催化剂组合物。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：用含氮有机物作为原料，通过水热法制成硼掺杂的石墨相氮化碳(简写为CNB)，再用含硼化合物和含钒化合物为原料先在酸溶液中进行反应，再将反应得到的固体进行煅烧制得BiVO₄，然后再将制得的CNB与BiVO₄混合，通过水热法制成光催化剂组合物CNB-BiVO₄，制得的光催化剂组合物在紫外光下对有机染料，特别是偶氮类有机染料具有良好的催化降解作用，能够用于治理含有上述有机染料的污水，从而完成了本发明。

本发明的目的在于提供以下方面：

第一方面，本发明提供一种制备光催化剂组合物CNB-BiVO₄的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)将含氮有机物与含硼化合物混合，升温煅烧，煅烧后任选地对煅烧产物进行冷却和粉碎，制得CNB；

(2)将含铋化合物与含钒化合物溶解于酸溶液中，调节体系pH，升温，反应结束后分离得到的固体，再对固体进行洗涤，洗涤后任选地进行干燥，再进行煅烧，煅烧后任选地进行粉碎，制得BiVO₄；