[发明专利]一种三维石墨烯载BiVO4复合光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于环境材料制备技术领域，具体涉及一种三维石墨烯载BiVO₄复合光催化剂及其制备方法和应用。本发明制备三维石墨烯载BiVO₄复合光催化剂的方法具体为：将二维石墨烯、抗坏血酸溶解于去离子水中，超声，磁力搅拌，水浴反应，得到三维石墨烯；将五水硝酸铋溶于去离子水，加入三维石墨烯，超声、搅拌，加入偏钒酸铵，磁力搅拌，加入尿素，油浴反应，得到三维石墨烯载BiVO₄复合光催化剂。本发明的制备方法简单易行，采用原位生长法，无毒的BiVO₄与三维石墨烯结合，制备得到三维石墨烯载BiVO₄复合光催化剂。本发明的三维石墨烯立体多孔的结构拥有更大的比表面积，可使复合光催化剂反应位点更多，对四环素表现出优异的光催化性能，适合于大规模降解四环素。

技术领域

本发明属于环境材料制备技术领域，具体涉及一种三维石墨烯载BiVO₄复合光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

抗生素（Antibiotics）也称为“抗细菌剂”，是一类用于抑制细菌生长或杀死细菌的药物。是由微生物（包括细菌、真菌、放线菌属）所产生的具有抑制其它类微生物生长、生存的一类次级代谢产物，以及用化学方法合成或半合成的类似化合物。我国抗生素滥用现象十分严重，大量的抗生素会污染土壤和水源，更会损害人类的身体健康。因此，消除环境中的抗生素已成为广大科研工作者迫切关注和急需解决的问题。

石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。常温下其电子迁移率超过15000 cm ² /V·s，比纳米碳管高，电阻率只约10 ^-6 Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。但是二维石墨烯的比表面积小，其与单体光催化剂结合的反应位点少。

另外，BiVO₄是一种稳定的半导体材料，其带隙仅为2.4ev，具有四方、正交、单斜三种晶型，其中单斜晶型的BiVO₄光催化活性最好，其光吸收范围可以拓展到可见光区域。同时BiVO₄因为其廉价、无毒，不含对人体有害的重金属元素，是一种环保低碳的金属氧化物质。但是纯的单体钒酸铋也存在光生电子易复合，比表面积小的问题，单体钒酸铋的降解活性仍有待提高这是由于其电子-空穴对的较差的迁移效率和较弱的表面吸附性质，光诱导电子和空穴的快速重组可导致相对较低的光催化效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的技术缺陷，如：二维石墨烯的比表面积小，其与单体光催化剂结合的反应位点少；纯的单体钒酸铋也存在光生电子易复合，比表面积小的问题等，本发明提供了一种三维石墨烯载BiVO₄复合光催化剂的制备方法，本发明以水热法为技术手段，制备出三维石墨烯载BiVO₄复合光催化剂。

具体的，本发明按以下技术方案进行：

（1）制备三维石墨烯：

将二维石墨烯、抗坏血酸溶解于去离子水中，放入超声清洗机中超声后，再进行磁力搅拌，将得到的混合液进行水浴反应后，水洗；将得到的反应液冷冻干燥，得到三维石墨烯（rGH）；

（2）制备三维石墨烯载BiVO₄复合光催化剂：

将五水硝酸铋溶于去离子水，之后加入三维石墨烯，超声，搅拌后，加入偏钒酸铵，磁力搅拌，加入尿素，油浴反应，离心，洗涤，干燥，得到三维石墨烯载BiVO₄复合光催化剂（rGH/BiVO₄）。

步骤（1）中，所述二维石墨烯与抗环血酸的质量比为1:15-20，所述超声时间为1-2h，所述磁力搅拌的时间为0.5h，所述水浴温度为90-99℃，水浴反应时间为1.5-2h；