[发明专利]一种高活性mpg‑C3N4/RE‑BiVO4异质结光催化剂及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种高活性mpg‑C3N4/RE‑BiVO4异质结光催化剂及其制备方法和应用，先制备mpg‑C3N4粉体并将其分散在乙醇中；然后将五水硝酸铋溶液与偏钒酸铵溶液混合并调节其pH值，再加入稀土硝酸盐，得前驱RE‑BiVO4悬浊液；再将mpg‑C3N4醇溶液加入前驱RE‑BiVO4悬浊液中，得反应前驱液，最后采用微波水热法制得mpg‑C3N4/RE‑BiVO4异质结光催化剂。该催化剂为介孔mpg‑C3N4和棒状四方锆石相RE‑BiVO4形成的异质结结构，在模拟太阳光照射下具有较高的光催化活性，大大改善了纯相BiVO4的光催化效率，在环境污染物等处理方面具有良好的应用前景。

主权项

一种高活性mpg‑C3N4/RE‑BiVO4异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将浓度为2.1～2.15mol/L的三聚氰胺水溶液与浓度为0.8～0.85mol/L的纳米SiO2水溶液按体积比为3:2混合均匀，超声分散55～65min后再搅拌均匀，然后75～85℃下烘干，得白色固体，将白色固体研细后装入坩埚中，在N2气氛炉中以2～3℃/min的升温温度升温至540～560℃煅烧4h，得淡黄色粉末，再用3.5～4.5mol/L的NH4HF2水溶液腐蚀淡黄色粉末，除去其中的SiO2模板，最后洗涤、干燥，得到mpg‑C3N4粉体；步骤2：将mpg‑C3N4粉体加入到乙醇中超声分散1～4h，得到mpg‑C3N4醇溶液；步骤3：将Bi(NO3)3·5H2O溶于水中，搅拌15～25min，得铋盐溶液，铋盐溶液的浓度为0.35～0.45mol/L；将NH4VO3溶于热水中，加热搅拌15～25min，得钒盐溶液，钒盐溶液的浓度为0.35～0.45mol/L；加热温度为90～100℃；步骤4：按Bi与V的摩尔比为1:1将钒盐溶液加到铋盐溶液中，搅拌均匀，得混合液，调节混合液的pH值为8，继续搅拌均匀；步骤5：将RE(NO3)3·6H2O加入到调节了pH值后的混合液中，搅拌均匀，得前驱RE‑BiVO4悬浊液；其中RE(NO3)3·6H2O为Nd(NO3)3·6H2O或者Nd(NO3)3·6H2O与Er(NO3)3·6H2O的混合物，前驱RE‑BiVO4悬浊液中RE与Bi的摩尔比为(10.52～11.11):100；步骤6：将mpg‑C3N4醇溶液加入前驱RE‑BiVO4悬浊液中，先搅拌均匀，然后超声分散1～2h，再继续搅拌均匀，得反应前驱液；反应前驱液中mpg‑C3N4与V的摩尔比为(0.8～1.2):1；步骤7：将反应前驱液加入微波水热反应釜中，将微波水热反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定压力为1.3MPa，在300W的微波功率下，从室温升温至95～105℃，保温7～9min；然后继续升温至145～155℃，保温7～9min；再继续升温至175～185℃，保温35～45min后结束反应；步骤8：待反应结束后，冷却至室温，取出微波水热反应釜中的沉淀物，洗涤、干燥，得到高活性mpg‑C3N4/RE‑BiVO4异质结光催化剂；其中，高活性mpg‑C3N4/RE‑BiVO4异质结光催化剂为介孔mpg‑C3N4和棒状四方锆石相RE‑BiVO4两相共存结构，且mpg‑C3N4和RE‑BiVO4形成异质结结构，mpg‑C3N4和RE‑BiVO4的摩尔比为(0.8～1.2):1，RE为Nd或Nd+Er，其孔径为3～65nm。