复合光催化剂及其制备方法和应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种球状g-C3N4-Bi1-xGdxVO4复合光催化剂及其制备方法和应用，该方法将铋盐溶液和钒盐溶液按照Bi:V＝1:1的摩尔比混合，调节pH值后加入由C3N4分散在水中形成的悬浊液及Gd(NO3)3·6H2O，形成前驱液，再通过微波水热反应制得目标产物。本发明通过微波水热法将g-C3N4与BiVO4进行复合，并将Gd掺杂入BiVO4中，一步快速合成了球状g-C3N4-Bi1-xGdxVO4复合光催化剂，具有操作简单，条件温和，反应时间短等优点，制得的复合光催化剂为圆球状形貌，比表面积大，粒度分布均匀，具有较好的光催化性能，能够用于降解有机物和环境污染物。
【专利说明】—种球状S-C3N4-BipxGdxVO4复合光催化剂及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明属于功能材料领域,涉及一种球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]近年来，光催化技术在环境净化领域中引起了广泛的关注，有自身无污染、操作工艺简单、可直接将太阳光光源利用等优点，具有非常好的发展前景，其中以BiVO4为一种典型代表。BiVO4是一种不含铅、铬等有毒元素的黄色无机颜料，同时其具有良好的铁电性和离子导电性。除此之外，其禁带宽度相对传统的光催化剂T12较窄(主要有四方锆石型、单斜白钨矿型和四方白钨矿型三种晶体结构，相应的禁带宽度分别为2.9eV、2.4eV和
2.4eV)，具有较好的光催化潜质。在已有的报道中，8”04可降解的物质有，亚甲基兰、甲基橙、罗丹明B、曙红Y、酸性橘红、苯酚、甲苯(气相)、4_烷基苯酚、4-二硝基苯酚、多环芳烃，另外还有关于BiVO4光催化去除空气中的NO、联合还原降解Cr ( VI)苯酚以及通过还原液体中的CO2选择生成乙醇等的报道。由此可以看出，BiVO4可与多种物质发生氧化还原反应，几乎无选择性，因而具有较高的应用潜质。
[0003]碳氮材料的硬度与金刚石相当，常见的碳氮材料主要包括氮化碳和氮掺杂的石墨稀两种，其中氮化碳又因其具有的晶型不同，而分为五种类型，分别为α相、β相、立方相、准立方相和类石墨相氮化碳(g_C3N4),其中以g_C3N4的应用最为广泛。g_C3N4是一种典型的聚合物半导体，其结构中的C、N原子以Sp2杂化形成高度离域的π共轭体系，它的禁带宽度为2.7eV，能吸收波长小于475nm的光，是一种可持续的、能够利用可见光降解污染物的光催化剂，在光催化领域具有很大的应用潜力。另外，由于碳原子和氮原子之间形成的强共价键，使得g_C3N4能够在pH = O?14的水中在光照下保持性质稳定，这种优异的性质使得g_C3N4在光催化过程中，具有很大的应用稳定性。但是g_C3N4由于受到材料本身的特性限制，还存在着一些问题，如比表面积小、产生光生载流子的激子结合能高、光生电子-空穴复合严重、量子效率低和禁带宽度较大而不能有效利用太阳光等，严重制约了其在能源与环境领域的推广。
[0004]迄今为止，利用微波水热法制备球状S-C3N4-BihGdxVO4粉体的工作尚未见报道，也没有专利和文献报道过用微波水热法制备的球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂及其制备方法和应用，其反应时间短，工艺流程简单，制得的粉体比表面积较大，粒度分布均匀且成本较低。
[0006]为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]一种球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤:
[0008]步骤1，将Bi (NO3)3.5Η20溶于水中，搅拌均勻，得铋盐溶液，将NH4VO3溶于热水中，加热搅拌至完全溶解，得钒盐溶液；
[0009]步骤2，将铋盐溶液和钒盐溶液按照B1:V= 1:1的摩尔配比混合，搅拌均匀，得到混合液；向混合液中加入矿化剂，调节混合液的pH值为9.3?9.4,搅拌均勻,得到混合液A ；
[0010]步骤3，将C3N4粉体分散于水中，搅拌均匀，形成悬浮液；将悬浮液加入混合液A中，搅拌均勻，得混合液B,混合液B中C3N4与Bi (NO3) 3.5H20的摩尔比为(5?40): (95?60)；
[0011]步骤4，将Gd(NO3)3.6H20加入混合液B中，搅拌均匀，形成前驱液；前驱液中Gd (NO3) 3.6H20 与 Bi (NO3) 3.5H20 的摩尔比为(4 ?8): (96 ?92)；
[0012]步骤5，将前驱液放入微波水热反应釜中，以300W的功率，在190?210°C下微波水热反应30?50min ;反应完后自然冷却至室温，将反应生成的沉淀洗涤、干燥，得到球状,-C3N4-Bi1^GdxVO4复合光催化剂。
[0013]所述铋盐溶液中Bi (NO3) 3.5H20的浓度为0.4?0.6mol/L,钒盐溶液中NH4VO3的浓度为0.4?0.6mol/L，钒盐溶液呈透明的棕黄色，不含有沉淀。
[0014]所述步骤I中搅拌均匀所需的时间为20?30min ;热水的温度为80?90°C，加热搅拌至完全溶解所需的时间为10?15min，加热温度为40?50°C。
[0015]所述步骤2中的矿化剂为4?6mol/L的NaOH溶液。
[0016]所述步骤2、步骤3和步骤4中搅拌均匀所需的时间为20?30min。
[0017]所述步骤3中C3N4是将三聚氰胺在空气中于550?600°C煅烧3?4小时后经研磨得到的，其细度为0.088mm以下；
[0018]悬浮液中C3N4的浓度为4.6?55.2g/L。
[0019]所述微波水热反应釜的填充比为50%?65%。
[0020]所述步骤5中的干燥为在75?85°C下干燥10?12h。
[0021 ] 球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂，其形貌为球状，为g_C3N4和BihGdxVO4的混合粉体，其中g-C3N4与BihGdxVO4的摩尔比为(5?60): (95?40)，Bi^GdxVO4为四方相，空间结构群为141/admz, x = 0.04?0.08，g_C3N4为六方相，空间结构群为P3。
[0022]球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂在降解环境污染物和有机物方面的应用。
[0023]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0024]本发明提供的球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂的制备方法，以Bi (NO3) 3.5Η20为Bi源，以NH4VO3为V源，将铋盐溶液和钒盐溶液按照B1:V = 1:1的摩尔配比混合并调节PH值，然后将分散有C3N4的悬浊液和Gd (NO3) 3.6H20加入混合液中，搅拌形成前驱液，再进行微波水热反应，得到球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂。本发明通过微波水热法将g-C3N4与BiVO4进行复合，并将Gd掺杂入BiVO4中，一步快速合成了球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂。该方法结合了微波独特的加热特性和水热法的优点，具有流程少、操作简单、原料廉价易得、反应速度快、合成时间短、反应条件温和、反应效率高、环境友好、工艺简单易控、制备周期短、节省能源，制得的产品具有较高的纯度、窄的粒径分布和均一的形态等特点。
[0025]本发明提供的球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂，为g_C3N4和BihGdxVO4的混合粉体，其中g-C3N4与BihGdxVO4的摩尔比为(5?60): (95?40)，Bi^GdxVO4为四方相，空间结构群为141/admz，x = 0.04?0.08，g-C3N4为六方相，空间结构群为P3。该复合光催化剂具有由均匀颗粒组装而成的圆球状形貌，比表面积大，粒度分布均匀，圆球粒径随着C3N4含量的不断增多而减小，且粒径分布越来越窄。本发明提供的球状8-(^4-811』(1!^04复合光催化剂能够很好的将C3N4和BiVO4的优势进行互补，经过光催化测试，证明本发明提供的球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂具有较好的光催化性能，能够用于降解有机物，具有良好的应用前景，扩大了其在能源与环境领域的推广使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是本发明实施例1制备的球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂的XRD图；
[0027]图2是本发明实施例1制备的球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂的FT-1R红外光谱图；
[0028]图3是本发明实施例1制备的球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂的SEM图，其中(a)的放大比例为2000倍，(b)的放大比例为15000倍；
[0029]图4是本发明实施例1制备的球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂的降解罗丹明B的吸光度变化曲线图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和本发明优选的具体实施例本发明做进一步描述，原料均为分析纯。
[0031]实施例1:
[0032]步骤1:将0.0lmol Bi (NO3)3.5H20溶于20ml去离子水中，室温下，在磁力搅拌器上搅拌30min至搅拌均匀，得到Bi (NO3)3.5H20浓度为0.5mol/L的铋盐溶液；将0.0lmolNH4VO3溶于85°C的20ml去离子水中，在磁力搅拌器上以45°C的温度加热搅拌13min，至钒盐溶液呈透明棕黄色即可，得到NH4VO3浓度为0.5mol/L的钒盐溶液，注意不能加热搅拌时间过长，而导致出现黄色沉淀(如果出现沉淀将会出现另外一相V2O5)。
[0033]步骤2:将步骤I制备的将铋盐溶液和钒盐溶液按照B1:V = 1:1的摩尔配比混合，在磁力搅拌器上搅拌30min至搅拌均勻，得到混合液,然后向混合液中加入5ml浓度为5mol/L的NaOH溶液作为矿化剂，调节混合液的pH值为9.3，然后在磁力搅拌器上搅拌30min，制得混合液A ;注意NaOH溶液在配制时，应使用片状干燥的NaOH试剂，不能使用颗粒状NaOH，以防止配制的NaOH溶液碱性不稳定。
[0034]步骤3:将C3N4粉体分散于1mL水中，搅拌20min，形成悬浮液，悬浮液中C3N4的浓度为18.4g/L ;将悬浮液加入混合液A中，搅拌30min，得混合液B，混合液B中C3N4与Bi (NO3)3.5H20的摩尔比为17:83 ;其中C3N4是用三聚氰胺(C3H6N6)在空气中600。。煅烧3小时制得的，煅烧后呈现淡黄色结块，需要研磨至细度为0.088mm以下；
[0035]步骤4:将Gd(NO3)3.6H20加入混合液B中，搅拌30min，形成前驱液；前驱液中Gd (NO3) 3.6H20 与 Bi (NO3) 3.5H20 的摩尔比为 6:94 ；
[0036]步骤5:将前驱体放入聚四氟乙烯内衬的微波水热反应釜中，并用5mL去离子水进行冲洗，控制微波水热反应釜的填充比为60%，密封微波水热反应釜；将微波水热水热反应釜放入微波水热反应仪中，设定微波水热反应温度为200°C，保温时间为40min，功率为300W ;待反应完成后自然冷却至室温，取出反应釜中的沉淀，用去离子水洗涤和无水乙醇各洗涤3次，最后在80°C非密闭恒温环境中干燥12h，得到球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂。
[0037]用XRD测定实施例1制得的产物的物相组成，从图1中可以看出采用微波水热法可以制备出的球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂为四方相BiVO4(JCPDS N0.14-0133)，空间结构群为141/admz，在衍射角为28.154。处出现了六方相C3N4CJCPDS N0.52-0780)，衍射峰空间结构群为P3。
[0038]图2是实施例1制得的球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂的FT-1R红外光谱图，其在3400011^1200-16000^1和750CHT1有三个强的吸收带，将其与纯相的BiVO4和纯相C3N4的红外图谱对比可确定，3400cm-1处的宽吸收带是氢键振动区，与NH2基团、NH基团和BiVO4吸附水的OH基团的伸缩振动有关，1200-1600^1吸收带与典型的芳香型碳氮杂环(C3N3和C6N7)的伸缩振动以及吸附水的弯曲振动有关，750cm—1吸收峰则与V043—伸缩振动有关。
[0039]图3是实施例1制得的球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂的SEM图，从图中可以看出，制得的S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂为均匀圆球状结构。
[0040]图4是实施例1制得的球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂在紫外光下降解罗丹明B溶液的吸光度变化曲线，在25min内降解了 89.69%,说明其具有良好的光催化性能，能够用于降解有机物和环境污染物。
[0041]实施例2:
[0042]步骤I ^fBi(NO3)3.5H20溶于20ml去离子水中，室温下，在磁力搅拌器上搅拌20min至搅拌均匀，得到Bi (NO3) 3.5H20浓度为0.4mol/L的铋盐溶液；将NH4VO3溶于80°C的20ml去离子水中，在磁力搅拌器上以40°C的温度加热搅拌llmin，至钒盐溶液呈透明棕黄色即可，得到NH4VO3浓度为0.4mol/L的钒盐溶液，注意不能加热搅拌时间过长，而导致出现黄色沉淀。
[0043]步骤2:将步骤I制备的将铋盐溶液和钒盐溶液按照B1: V = 1:1的摩尔配比混合，在磁力搅拌器上搅拌20min至搅拌均勻,得到混合液,然后向混合液中加入浓度为4mol/L的NaOH溶液作为矿化剂，调节混合液的pH值为9.4，然后在磁力搅拌器上搅拌20min，制得混合液A ;注意NaOH溶液在配制时，应使用片状干燥的NaOH试剂，不能使用颗粒状NaOH，以防止配制的NaOH溶液碱性不稳定。
[0044]步骤3:将C3N4粉体分散于1mL水中，搅拌30min，形成悬浮液，悬浮液中C3N4的浓度为4.6g/L ;将悬浮液加入混合液A中，搅拌20min，得混合液B，混合液B中C3N4与Bi (NO3)3.5Η20的摩尔比为5:95 ;其中C3N4是用三聚氰胺(C3H6N6)在空气中550°C煅烧4小时制得的，煅烧后呈现淡黄色结块，需要研磨至细度为0.088mm以下；
[0045]步骤4:将Gd(NO3)3.6H20加入混合液B中，搅拌20min，形成前驱液；前驱液中Gd (NO3) 3.6H20 与 Bi (NO3) 3.5H20 的摩尔比为 4:96 ;
[0046]步骤5:将前驱体放入聚四氟乙烯内衬的微波水热反应釜中，并用5mL去离子水进行冲洗，控制微波水热反应釜的填充比为65%，密封微波水热反应釜；将微波水热水热反应釜放入微波水热反应仪中，设定微波水热反应温度为210°C，保温时间为30min，功率为300W;待反应完成后自然冷却至室温，取出反应釜中的沉淀，用去离子水洗涤和无水乙醇各洗涤3次，最后在75°C非密闭恒温环境中干燥llh，得到球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂。
[0047]实施例3:
[0048]步骤1:将Bi (NO3)3.5H20溶于20ml去离子水中，室温下，在磁力搅拌器上搅拌25min至搅拌均匀，得到Bi (NO3) 3.5H20浓度为0.6mol/L的铋盐溶液；将NH4VO3溶于90°C的20ml去离子水中，在磁力搅拌器上以50°C的温度加热搅拌lOmin，至钒盐溶液呈透明棕黄色即可，得到NH4VO3浓度为0.6mol/L的钒盐溶液，注意不能加热搅拌时间过长，而导致出现黄色沉淀。
[0049]步骤2:将步骤I制备的将铋盐溶液和钒盐溶液按照B1: V = 1:1的摩尔配比混合，在磁力搅拌器上搅拌25min至搅拌均勻,得到混合液,然后向混合液中加入浓度为6mol/L的NaOH溶液作为矿化剂，调节混合液的pH值为9.35，然后在磁力搅拌器上搅拌25min，制得混合液A ;注意NaOH溶液在配制时，应使用片状干燥的NaOH试剂，不能使用颗粒状NaOH，以防止配制的NaOH溶液碱性不稳定。
[0050]步骤3:将C3N4粉体分散于1mL水中，搅拌25min，形成悬浮液，悬浮液中C3N4的浓度为55.2g/L ;将悬浮液加入混合液A中，搅拌25min，得混合液B，混合液B中C3N4与Bi (NO3)3.5Η20的摩尔比为40:60 ;其中C3N4是用三聚氰胺(C3H6N6)在空气中580°C煅烧3.5小时制得的，煅烧后呈现淡黄色结块，需要研磨至细度为0.088mm以下；
[0051]步骤4:将Gd(NO3)3.6H20加入混合液B中，搅拌25min，形成前驱液；前驱液中Gd (NO3) 3.6H20 与 Bi (NO3) 3.5H20 的摩尔比为 8:92 ；
[0052]步骤5:将前驱体放入聚四氟乙烯内衬的微波水热反应釜中，并用5mL去离子水进行冲洗，控制微波水热反应釜的填充比为50%，密封微波水热反应釜；将微波水热水热反应釜放入微波水热反应仪中，设定微波水热反应温度为190°C，保温时间为50min，功率为300W;待反应完成后自然冷却至室温，取出反应釜中的沉淀，用去离子水洗涤和无水乙醇各洗涤3次，最后在85°C非密闭恒温环境中干燥10h，得到球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂。
[0053]实施例4:
[0054]步骤1:将Bi (NO3)3.5H20溶于20ml去离子水中，室温下，在磁力搅拌器上搅拌22min至搅拌均匀，得到Bi (NO3) 3.5Η20浓度为0.45mol/L的铋盐溶液；将NH4VO3溶于82V的20ml去离子水中，在磁力搅拌器上以42°C的温度加热搅拌15min，至钒盐溶液呈透明棕黄色即可，得到NH4VO3浓度为0.45mol/L的钒盐溶液，注意不能加热搅拌时间过长，而导致出现黄色沉淀。
[0055]步骤2:将步骤I制备的将铋盐溶液和钒盐溶液按照B1: V = 1:1的摩尔配比混合，在磁力搅拌器上搅拌22min至搅拌均勻,得到混合液,然后向混合液中加入浓度为4.5mol/L的NaOH溶液作为矿化剂，调节混合液的pH值为9.32，然后在磁力搅拌器上搅拌22min，制得混合液A ;注意NaOH溶液在配制时，应使用片状干燥的NaOH试剂，不能使用颗粒状NaOH，以防止配制的NaOH溶液碱性不稳定。
[0056]步骤3:将C3N4粉体分散于1mL水中，搅拌22min，形成悬浮液，悬浮液中C3N4的浓度为36.8g/L ;将悬浮液加入混合液A中，搅拌22min，得混合液B，混合液B中C3N4与Bi (NO3)3.5H20的摩尔比为29:71 ;其中C3N4是用三聚氰胺(C3H6N6)在空气中550°C煅烧4小时制得的，煅烧后呈现淡黄色结块，需要研磨至细度为0.088mm以下；
[0057]步骤4:将Gd(NO3)3.6H20加入混合液B中，搅拌22min，形成前驱液；前驱液中Gd (NO3) 3.6H20 与 Bi (NO3) 3.5H20 的摩尔比为 5:95 ；
[0058]步骤5:将前驱体放入聚四氟乙烯内衬的微波水热反应釜中，并用5mL去离子水进行冲洗，控制微波水热反应釜的填充比为55%，密封微波水热反应釜；将微波水热水热反应釜放入微波水热反应仪中，设定微波水热反应温度为195°C，保温时间为45min，功率为300W;待反应完成后自然冷却至室温，取出反应釜中的沉淀，用去离子水洗涤和无水乙醇各洗涤3次，最后在78°C非密闭恒温环境中干燥11.5h，得到球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂。
[0059]实施例5
[0060]步骤1:将Bi (NO3)3.5H20溶于20ml去离子水中，室温下，在磁力搅拌器上搅拌28min至搅拌均匀，得到Bi (NO3) 3.5Η20浓度为0.55mol/L的铋盐溶液；将NH4VO3溶于88°C的20ml去离子水中，在磁力搅拌器上以48°C的温度加热搅拌12min，至钒盐溶液呈透明棕黄色即可，得到NH4VO3浓度为0.55mol/L的钒盐溶液，注意不能加热搅拌时间过长，而导致出现黄色沉淀。
[0061]步骤2:将步骤I制备的将铋盐溶液和钒盐溶液按照B1: V = 1:1的摩尔配比混合，在磁力搅拌器上搅拌28min至搅拌均勻,得到混合液,然后向混合液中加入浓度为5.5mol/L的NaOH溶液作为矿化剂，调节混合液的pH值为9.37，然后在磁力搅拌器上搅拌28min，制得混合液A ;注意NaOH溶液在配制时，应使用片状干燥的NaOH试剂，不能使用颗粒状NaOH，以防止配制的NaOH溶液碱性不稳定。
[0062]步骤3:将C3N4粉体分散于1mL水中，搅拌28min，形成悬浮液，悬浮液中C3N4的浓度为27.6g/L ;将悬浮液加入混合液A中，搅拌28min，得混合液B，混合液B中C3N4与Bi (NO3)3.5H20的摩尔比为23:77 ;其中C3N4是用三聚氰胺(C3H6N6)在空气中600。。煅烧3小时制得的，煅烧后呈现淡黄色结块，需要研磨至细度为0.088mm以下；
[0063]步骤4:将Gd(NO3)3.6H20加入混合液B中，搅拌28min，形成前驱液；前驱液中Gd (NO3) 3.6H20 与 Bi (NO3) 3.5H20 的摩尔比为 7:93 ；
[0064]步骤5:将前驱体放入聚四氟乙烯内衬的微波水热反应釜中，并用5mL去离子水进行冲洗，控制微波水热反应釜的填充比为58%，密封微波水热反应釜；将微波水热水热反应釜放入微波水热反应仪中，设定微波水热反应温度为205°C，保温时间为35min，功率为300W;待反应完成后自然冷却至室温，取出反应釜中的沉淀，用去离子水洗涤和无水乙醇各洗涤3次，最后在82°C非密闭恒温环境中干燥10.5h，得到球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂。
[0065]实施例6
[0066]步骤1:将0.0lmol Bi (NO3)3.5H20溶于20ml去离子水中，室温下，在磁力搅拌器上搅拌30min至搅拌均匀，得到Bi (NO3)3.5H20浓度为0.5mol/L的铋盐溶液；将0.0lmolNH4VO3溶于85°C的20ml去离子水中，在磁力搅拌器上以45°C的温度加热搅拌14min，至钒盐溶液呈透明棕黄色即可，得到NH4VO3浓度为0.5mol/L的钒盐溶液，注意不能加热搅拌时间过长，而导致出现黄色沉淀。
[0067]步骤2:将步骤I制备的将铋盐溶液和钒盐溶液按照B1: V = 1:1的摩尔配比混合，在磁力搅拌器上搅拌30min至搅拌均勻,得到混合液,然后向混合液中加入浓度为5mol/L的NaOH溶液作为矿化剂，调节混合液的pH值为9.38，然后在磁力搅拌器上搅拌30min，制得混合液A ;注意NaOH溶液在配制时，应使用片状干燥的NaOH试剂，不能使用颗粒状NaOH，以防止配制的NaOH溶液碱性不稳定。
[0068]步骤3:将C3N4粉体分散于1mL水中，搅拌20min，形成悬浮液，悬浮液中C3N4的浓度为11.04g/L ;将悬浮液加入混合液A中，搅拌30min，得混合液B，混合液B中C3N4与Bi(NO3)3.5Η20的摩尔比为11:89 ;其中C3N4是用三聚氰胺(C3H6N6)在空气中570°C煅烧3.5小时制得的，煅烧后呈现淡黄色结块，需要研磨至细度为0.088mm以下；
[0069]步骤4:将Gd(NO3)3.6H20加入混合液B中，搅拌30min，形成前驱液；前驱液中Gd (NO3) 3.6H20 与 Bi (NO3) 3.5H20 的摩尔比为 6:94 ；
[0070]步骤5:将前驱体放入聚四氟乙烯内衬的微波水热反应釜中，并用5mL去离子水进行冲洗，控制微波水热反应釜的填充比为62%，密封微波水热反应釜；将微波水热水热反应釜放入微波水热反应仪中，设定微波水热反应温度为200°C，保温时间为40min，功率为300W;待反应完成后自然冷却至室温，取出反应釜中的沉淀，用去离子水洗涤和无水乙醇各洗涤3次，最后在80°C非密闭恒温环境中干燥12h，得到球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂。
[0071]本发明制得的球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂，为g_C3N4和BihGdxVO4的混合粉体，其中g-C3N4与BihGdxVO4的摩尔比为(5?60): (95?40)，Bi^GdxVO4为四方相，空间结构群为141/admz，x = 0.04?0.08，g-C3N4为六方相，空间结构群为P3。该复合光催化剂具有由均匀颗粒组装而成的圆球状形貌，比表面积大，粒度分布均匀，圆球粒径随着C3N4含量的不断增多而减小，且粒径分布越来越窄。本发明提供的球状8-(^4-811』(1!^04复合光催化剂能够很好的将C3N4和BiVO4的优势进行互补，经过光催化测试，证明本发明提供的球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂具有较好的光催化性能，能够用于降解有机物，具有良好的应用前景。
[0072]为以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
【权利要求】
1.一种球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:步骤I，将Bi (NO3) 3.5Η20溶于水中，搅拌均匀，得铋盐溶液，将NH4VO3溶于热水中，加热搅拌至完全溶解，得钒盐溶液； 步骤2，将铋盐溶液和钒盐溶液按照B1:V= 1:1的摩尔配比混合，搅拌均匀，得到混合液；向混合液中加入矿化剂，调节混合液的PH值为9.3?9.4，搅拌均匀，得到混合液A ；步骤3，将C3N4粉体分散于水中，搅拌均匀，形成悬浮液；将悬浮液加入混合液A中，搅拌均匀，得混合液B,混合液B中C3N4与Bi (NO3) 3.5H20的摩尔比为(5?40): (95?60)； 步骤4，将6(1(勵3)3*6!120加入混合液B中，搅拌均匀，形成前驱液；前驱液中Gd (NO3) 3.6H20 与 Bi (NO3) 3.5H20 的摩尔比为(4 ?8): (96 ?92)； 步骤5，将前驱液放入微波水热反应釜中，以300W的功率，在190?210°C下微波水热反应30?50min ;反应完后自然冷却至室温，将反应生成的沉淀洗涤、干燥，得到球状g-C3N4-Bi1_xGdxV04 复合光催化剂。
2.根据权利要求1所述的球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂的制备方法，其特征在于:所述铋盐溶液中Bi (NO3)3.5H20的浓度为0.4?0.6mol/L，钒盐溶液中NH4VO3的浓度为0.4?0.6mol/L，钒盐溶液呈透明的棕黄色，不含有沉淀。
3.根据权利要求1所述的球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂的制备方法，其特征在于:所述步骤I中搅拌均匀所需的时间为20?30min ;热水的温度为80?90°C，加热搅拌至完全溶解所需的时间为10?15min，加热温度为40?50°C。
4.根据权利要求1所述的球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂的制备方法，其特征在于:所述步骤2中的矿化剂为4?6mol/L的NaOH溶液。
5.根据权利要求1所述的球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂的制备方法，其特征在于:所述步骤2、步骤3和步骤4中搅拌均匀所需的时间为20?30min。
6.根据权利要求1所述的球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂的制备方法，其特征在于:所述步骤3中C3N4是将三聚氰胺在空气中于550?600°C煅烧3?4小时后经研磨得到的，其细度为0.088mm以下； 悬浮液中C3N4的浓度为4.6?55.2g/L。
7.根据权利要求1所述的球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂的制备方法，其特征在于:所述微波水热反应釜的填充比为50%?65%。
8.根据权利要求1所述的球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂的制备方法，其特征在于:所述步骤5中的干燥为在75?85°C下干燥10?12h。
9.权利要求1所述的球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂的制备方法制得的球状g-C3N4-Bi1_xGdxV04复合光催化剂，其特征在于:其形貌为球状，为g_C3N4和BihGdxVO4的混合粉体，其中g-C3N4与BihGdxVO4的摩尔比为(5?60): (95?40)，Bi^GdxVO4为四方相，空间结构群为141/admz, x = 0.04?0.08，g_C3N4为六方相，空间结构群为P3。
10.权利要求1所述的球状S-C3N4-BihGdxVO4复合光催化剂的制备方法制得的球状g-C3N4-Bi1_xGdxV04复合光催化剂在降解环境污染物和有机物方面的应用。
【文档编号】A62D3/17GK104383955SQ201410713101
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】谈国强, 赵程程, 任慧君, 夏傲 申请人:陕西科技大学