[发明专利]一种氮掺杂钒酸锌光催化剂的制备

说明书

本发明公开了氮掺杂钒酸锌光催化剂的制备方法及其在环境污染物治理领域的应用，属于材料制备及光催化研究领域。该催化剂的特点有：具有氮的掺杂能级，调节钒酸锌的禁带结构。在制备光催化剂过程中，采用工艺简单的煅烧法，合成出氮掺杂钒酸锌光催化剂。在氮掺杂作用下，氮掺杂钒酸锌光催化剂表现出高的光催化性能，促进了钒酸锌光催化剂的应用。

技术领域

本发明属于材料的制备及其光催化技术领域，主要涉及一种氮掺杂钒酸锌光催化剂的制备及其光催化活性的研究。

背景技术

随着人们环境保护意识的增强，水污染的问题已受到越来越多的关注。传统的污水处理方法已经满足不了人们的要求。寻找出一种清洁，高效，节能环保的污水处理方法，成了人们研究的热点方向。

自1972年首次发现TiO₂具有光催化活性以来，光催化技术的研究一直是材料领域的热点方向。光催化技术凭借其节能环保、无二次污染等优点为污水的处理提供了一个非常好的解决途径。半导体光催化材料可以利用取之不尽、用之不竭的太阳能处理空气中或者水中有毒有害物质,改善环境,达到资源利用生态化的目的。目前，各种不同的半导体光光催化剂材料被广泛研究，如ZnO,g-C₃N₄等，但是钒酸锌凭借其材料来源广泛，价格低廉，无生物毒性等优点成为光催化研究的热点材料。

但钒酸锌光催化剂也存在着一些缺陷，例如，太阳光利用率低；对降解底物的吸附性能差；量子效率偏低,并且具有高得光生电子-空穴复合速率，这些缺陷都阻碍了其实际应用。在这种背景下,如何提高钒酸锌的光催化效率和拓宽其光相应范围，成了钒酸锌光催化剂的研究重点。

近年来，元素掺杂改性法获得人们广泛的关注。本发明利用氨气，在煅烧过程中制备出氮掺杂钒酸锌，有效地提高了钒酸锌的可见光利用率和光催化活性。

发明内容

本发明的目的是制备出具有高的可见光利用率和高催化活性的钒酸锌光催化剂，并且其催化循环稳定性高，推进钒酸锌的实际应用。

为实现本发明目的采用如下技术方案：

以氨气作为氮源，在煅烧过程中制备出氮掺杂的钒酸锌。在氮掺杂的作用下，提高钒酸锌的可见光催化活性。

一种氮掺杂钒酸锌光催化剂的制备，其特征步骤如下：

（1）称取一定量硫酸锌溶于50mL乙醇中，搅拌均匀；

（2）称取一定量偏钒酸铵溶于上述溶液中，磁力搅拌均匀；

（3）将步骤（2）溶液进行离心洗涤，干燥后置于管式炉中；

（4）在氨气气氛下煅烧，得到氮掺杂钒酸锌光催化剂。

步骤(1)中硫酸锌质量为0.69g，浓度为13.8g/L。

步骤(2)中偏钒酸铵质量为0.186 g，浓度为3.72g/L。

步骤(4)中煅烧温度为350℃，反应时间为2h。

步骤(3)中的离心清洗过程为先用乙醇清洗4次，再用去离子水清洗2次，离心速率10000rpm，时间6min。

所述氮掺杂钒酸锌光催化剂用于水溶液中有机污染物的可见光催化降解。

目标污染物为罗丹明B。

本发明具有如下优点：

1.本发明制备方法采用的是煅烧法，制备出氮掺杂钒酸锌光催化剂的制备，属于新的光催化剂；

2.本发明中的氮掺杂钒酸锌光催化剂具有良好的光催化活性，其催化活性在钒酸锌的基础上有了显著的提升。在90min人造可见光源的照射下降解罗丹明B染料,降解程度达到45%，是钒酸锌催化活性的2倍。