一种由纳米粒子组成的钒酸铈微米球催化剂及制备方法与流程

本发明涉及一种由纳米粒子组成的钒酸铈微米球的制备方法，属于环境化工光催化水处理技术领域，特别涉及可见光处理染料污染废水。

背景技术：

目前我国各种染料产量已达90万吨，染料废水已成为环境重点污染源之一。染料行业品种繁多，工艺复杂。其废水中含有大量的有机物和盐份，具有COD_Cr高，色泽深，酸碱性强等特点，一直是废水处理中的难题。染料废水处理的方法有吸附法、膜分离法、光催化氧化法、电化学氧化法、超声波降解法等。其中，光催化氧化法以清洁的太阳能为能源，可以将污染物彻底降解，因此受到广泛关注。目前，研究最深最广的催化剂为TiO₂和ZnO，然而这些催化剂只对约占4%太阳光中的紫外光有响应，而对约占43%可见光没有响应。为了更好的利用太阳能中的可见光，方法之一就是研发出新型的具有可见光相应的光催化材料。

CeVO₄不仅在丙烷低温氧化脱氢制丙稀和脱硫反应中表现出很高的催化活性，而且在可见光降解亚甲基蓝中显示出很高活性。如，Row等采用一种简单的微波辅助法合成出了CeVO₄纳米颗粒，对亚甲基蓝的光催化活性比商业用的TiO₂还要好。Selvan等用超声法合成除了椭圆、颗粒和梭形的CeVO₄，并在亚甲基蓝光催化降解中表现出优越的活性。Yan等以EDTA为表面活性剂，用水热方法合成出了空心球、纳米棒、四面体型的CeVO₄样品。综述所述，至今未有以乙二醇为活性剂，且形貌为由纳米粒子组成的微米球的CeVO₄样品的报道。

技术实现要素：

本发明的目的旨在提供一种简单、易于操作、催化活性高的钒酸铈微米球光催化剂。

本发明的另一目的在于提供一种由纳米粒子组成的钒酸铈微米球的制备方法。

本发明为实现此目的，采取的技术方案如下：

一种由纳米粒子组成的钒酸铈微米球催化剂，该催化剂是直径1.5~2.5µm微米球，此微米球由粒径为10~20nm的十面体组成；该催化剂为钒酸铈，禁带宽度为2.72 eV，在可见光照射下，30 min内实现目标污染物罗丹明B(RhB)，亚甲基蓝(MB)完全降解。

一种由纳米粒子组成的钒酸铈微米球催化剂的制备方法，采用水热法，具体步骤如下：

步骤1：将摩尔比为1:1的硝酸铈和钒酸铵加入至蒸馏水中，其中硝酸铈与蒸馏水的比例为，1g硝酸铈加入至50ml蒸馏水中，室温下搅拌30min；

步骤2：将1~50ml乙二醇加入上述溶液中，继续搅拌30min；

步骤3：用硝酸调节上述溶液的pH值至1~6，室温搅拌30min，得产物A；

步骤4：将步骤3的产物A加入到100ml水热反应釜中，在100~200℃下反应2~10h；得产物B；

步骤5：将步骤4产物B，过滤，用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤，然后将产物在120℃下干燥12h，在200~500℃焙烧2h，即得到灰黑色的钒酸铈光催化剂，该催化剂是由纳米粒子组成的微米球，直径为1.5~2.5µm。

本发明的优点在于：

① 水热法合成了微米球形貌的CeVO₄催化剂；

② 合成方法条件温和且易于操作，产物产率高并重复性好，CeVO₄形貌规则，易于工业化生产；

③ 合成的CeVO₄催化剂在紫外光照射下，10min内可实现目标污染物RhB接近100%降解。

附图说明

本发明附图2幅。

图1为本发明实施方案1制备的CeVO₄样品的SEM图，从图中可以看出所制备的CeVO₄微米球的直径约为2µm，并由粒径约为10~20nm的十面体组成。

图2为本发明实施方案1制备的CeVO4样品的光催化降解图，由此图可知所制备的催化剂具有很好的催化活性，在可见光照射下，30min内实现目标污染物的完全降解。

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1

CeVO₄催化剂的制备步骤为：

步骤1：将摩尔比为1:1的硝酸铈和钒酸铵加入至蒸馏水中，其中硝酸铈与蒸馏水的比例为，1g硝酸铈加入至50ml蒸馏水中，室温下搅拌30min；

步骤2：将20ml乙二醇加入上述溶液中，继续搅拌30min；

步骤3：用硝酸调节上述溶液的pH值至3，室温搅拌30min，得产物A；

步骤4：将步骤3的产物A加入到100ml水热反应釜中，在180℃下反应6h；得产物B；

步骤5：将步骤4产物B，过滤，用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤，然后将产物在120℃下干燥12h，在350℃焙烧2h；即得到灰黑色的钒酸铈光催化剂，该催化剂是由纳米粒子组成的微米球，直径为1.5~2.5µm。

实施例2

CeVO₄催化剂的制备步骤为：

步骤1：将摩尔比为1:1的硝酸铈和钒酸铵加入至蒸馏水中，其中硝酸铈与蒸馏水的比例为，1g硝酸铈加入至50ml蒸馏水中，室温下搅拌30min；

步骤2：将1ml乙二醇加入上述溶液中，继续搅拌30min；

步骤3：用硝酸调节上述溶液的pH值至3，室温搅拌30min，得产物A；

步骤4：将步骤3的产物A加入到100ml水热反应釜中，在180℃下反应6h；得产物B;

步骤5：将步骤4产物B，过滤，用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤，然后将产物在120℃下干燥12h，在350℃焙烧2h；即得到灰黑色的钒酸铈光催化剂，该催化剂是由纳米粒子组成的微米球，直径为1.5~2.5µm。

实施例3

CeVO₄催化剂的制备步骤为：

步骤1：将摩尔比为1:1的硝酸铈和钒酸铵加入至蒸馏水中，其中硝酸铈与蒸馏水的比例为，1g硝酸铈加入至50ml蒸馏水中，室温下搅拌30min；

步骤2：将50ml乙二醇加入上述溶液中，继续搅拌30min；

步骤3：用硝酸调节上述溶液的pH值至3，室温搅拌30min，得产物A；

步骤4：将步骤3的产物A加入到100ml水热反应釜中，在180℃下反应6h；得产物B;

步骤5：将步骤4产物B，过滤，用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤，然后将产物在120℃下干燥12h，在350℃焙烧2h；即得到灰黑色的钒酸铈光催化剂，该催化剂是由纳米粒子组成的微米球，直径为1.5~2.5µm。

实施例4

CeVO₄催化剂的制备步骤为：

步骤1：将摩尔比为1:1的硝酸铈和钒酸铵加入至蒸馏水中，其中硝酸铈与蒸馏水的比例为，1g硝酸铈加入至50ml蒸馏水中，室温下搅拌30min；

步骤2：将20ml乙二醇加入上述溶液中，继续搅拌30min；

步骤3：用硝酸调节上述溶液的pH值至1，室温搅拌30min，得产物A；

步骤4：将步骤3的产物A加入到100ml水热反应釜中，在180℃下反应6h；得产物B;

步骤5：将步骤4产物B，过滤，用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤，然后将产物在120℃下干燥12h，在350℃焙烧2h；即得到灰黑色的钒酸铈光催化剂，该催化剂是由纳米粒子组成的微米球，直径为1.5~2.5µm。

实施例5

CeVO₄催化剂的制备步骤为：

步骤1：将摩尔比为1:1的硝酸铈和钒酸铵加入至蒸馏水中，其中硝酸铈与蒸馏水的比例为，1g硝酸铈加入至50ml蒸馏水中，室温下搅拌30min；

步骤2：将20ml乙二醇加入上述溶液中，继续搅拌30min；

步骤3：用硝酸调节上述溶液的pH值至6，室温搅拌30min，得产物A；

步骤4：将步骤3的产物A加入到100ml水热反应釜中，在180℃下反应6h；得产物B;

步骤5：将步骤4产物B，过滤，用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤，然后将产物在120℃下干燥12h，在350℃焙烧2h；即得到灰黑色的钒酸铈光催化剂，该催化剂是由纳米粒子组成的微米球，直径为1.5~2.5µm。

实施例6

CeVO₄催化剂的制备步骤为：

步骤1：将摩尔比为1:1的硝酸铈和钒酸铵加入至蒸馏水中，其中硝酸铈与蒸馏水的比例为，1g硝酸铈加入至50ml蒸馏水中，室温下搅拌30min；

步骤2：将20ml乙二醇加入上述溶液中，继续搅拌30min；

步骤3：用硝酸调节上述溶液的pH值至3，室温搅拌30min，得产物A；

步骤4：将步骤3的产物A加入到100ml水热反应釜中，在100℃下反应6h；得产物B;

步骤5：将步骤4产物B，过滤，用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤，然后将产物在120℃下干燥12h，在350℃焙烧2h；即得到灰黑色的钒酸铈光催化剂，该催化剂是由纳米粒子组成的微米球，直径为1.5~2.5µm。

实施例7

CeVO₄催化剂的制备步骤为：

步骤1：将摩尔比为1:1的硝酸铈和钒酸铵加入至蒸馏水中，其中硝酸铈与蒸馏水的比例为，1g硝酸铈加入至50ml蒸馏水中，室温下搅拌30min；

步骤2：将20ml乙二醇加入上述溶液中，继续搅拌30min；

步骤3：用硝酸调节上述溶液的pH值至3，室温搅拌30min，得产物A；

步骤4：将步骤3的产物加入到100ml水热反应釜中，在200℃下反应6h；得产物B;

步骤5：将步骤4产物B，过滤，用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤，然后将产物在120℃下干燥12h，在350℃焙烧2h；即得到灰黑色的钒酸铈光催化剂，该催化剂是由纳米粒子组成的微米球，直径为1.5~2.5µm。

实施例8

CeVO₄催化剂的制备步骤为：

步骤1：将摩尔比为1:1的硝酸铈和钒酸铵加入至蒸馏水中，其中硝酸铈与蒸馏水的比例为，1g硝酸铈加入至50ml蒸馏水中，室温下搅拌30min；

步骤2：将20ml乙二醇加入上述溶液中，继续搅拌30min；

步骤3：用硝酸调节上述溶液的pH值至3，室温搅拌30min，得产物A；

步骤4：将步骤3的产物A加入到100ml水热反应釜中，在180℃下反应2h；得产物B;

步骤5：将步骤4产物B，过滤，用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤，然后将产物在120℃下干燥12h，在350℃焙烧2h；即得到灰黑色的钒酸铈光催化剂，该催化剂是由纳米粒子组成的微米球，直径为1.5~2.5µm。

实施例9

CeVO₄催化剂的制备步骤为：

步骤1：将摩尔比为1:1的硝酸铈和钒酸铵加入至蒸馏水中，其中硝酸铈与蒸馏水的比例为，1g硝酸铈加入至50ml蒸馏水中，室温下搅拌30min；

步骤2：将20ml乙二醇加入上述溶液中，继续搅拌30min；

步骤3：用硝酸调节上述溶液的pH值至3，室温搅拌30min，得产物A；

步骤4：将步骤3的产物A加入到100ml水热反应釜中，在180℃下反应10h；得产物B;

步骤5：将步骤4产物B，过滤，用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤，然后将产物在120℃下干燥12h，在350℃焙烧2h；即得到灰黑色的钒酸铈光催化剂，该催化剂是由纳米粒子组成的微米球，直径为1.5~2.5µm。

实施例10

CeVO₄催化剂的制备步骤为：

步骤1：将摩尔比为1:1的硝酸铈和钒酸铵加入至蒸馏水中，其中硝酸铈与蒸馏水的比例为，1g硝酸铈加入至50ml蒸馏水中，室温下搅拌30min；

步骤2：将20ml乙二醇加入上述溶液中，继续搅拌30min；

步骤3：用硝酸调节上述溶液的pH值至3，室温搅拌30min，得产物A；

步骤4：将步骤3的产物A加入到100ml水热反应釜中，在180℃下反应6h；得产物B。

步骤5：将步骤4产物B，过滤，用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤，然后将产物在120℃下干燥12h，在200℃焙烧2h；即得到灰黑色的钒酸铈光催化剂，该催化剂是由纳米粒子组成的微米球，直径为1.5~2.5µm。

实施例11

CeVO₄催化剂的制备步骤为：

步骤1：将摩尔比为1:1的硝酸铈和钒酸铵加入至蒸馏水中，其中硝酸铈与蒸馏水的比例为，1g硝酸铈加入至50ml蒸馏水中，室温下搅拌30min；

步骤2：将20ml乙二醇加入上述溶液中，继续搅拌30min；

步骤3：用硝酸调节上述溶液的pH值至3，室温搅拌30min，得产物A；

步骤4：将步骤3的产物A加入到100ml水热反应釜中，在180℃下反应6h；得产物B。

步骤5：将步骤4产物B，过滤，用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤，然后将产物在120℃下干燥12h，在500℃焙烧2h；即得到灰黑色的钒酸铈光催化剂，该催化剂是由纳米粒子组成的微米球，直径为1.5~2.5µm。