一种可见光下具有光催化性能的BiVO₄的制备方法

专利名称：一种可见光下具有光催化性能的BiVO₄ 的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种在可见光下具有光催化性能的BiVO4的制备方法，属于功能材料领域。
背景技术：
近年来，利用半导体光催化技术降解废水及空气中有机污染物的研究活跃，TiO2以其无毒，高化学稳定性和氧化性等成为理想的光催化剂。但是TiO2仅对占太阳能4%的紫外光有响应，这大大限制了其应用。为了更好地利用占太阳光43%的可见光，设计和发展有效的可见光光催化剂有着重要的学术和应用意义。因此，研究工作者设计了许多复合 金属氧化物作为可见光响应的新型光催化剂，如BiW06、InV04、AgA102、CaIn2O4等。BiVO4就是这些复合金属氧化物光催化剂中的一种，它在光解水和降解矿化有机污染物等方面得到了一些应用，但是它的光催化性能受其晶型的影响。BiVO4S要有三种晶型四方锆石型、单斜白钨矿型结构和四方白钨矿型结构。单斜白钨矿型结构BiVO4的禁带宽度窄，在可见光下具有良好的催化活性。BiVO4的制备方法有固相法、溶胶-凝胶法、化学共沉淀法、水热法、液相沉淀法、微乳液法和微波水热法等，大多数实验前驱物溶液制备过程中均会用浓硝酸作为Bi (NO3) 3 · 5H20的溶剂，来抑制Bi (NO3) 3 · 5H20的水解。

发明内容
本发明的目的在于提供一种在可见光下具有光催化性能的BiVO4的制备方法，其工艺流程简单，条件温和，反应时间短，粒度分布均匀且成本较低的。按照本发明的工艺方法可以避免使用浓硝酸作为抑制剂，并能选择性地制得单斜相、四方相的BiVO4粉体，制得的BiVO4粉体在可见光下具有一定的光催化性能。为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案一种在可见光下具有光催化性能的BiVO4的制备方法，包括以下步骤将铋盐溶于去离子水中，搅拌均匀形成铋盐溶液；将钒盐溶于100°c去离子水中，加热搅拌均匀形成钒盐溶液；将铋盐溶液和钒盐溶液按照Bi : V=I: I的摩尔配比混合，搅拌均匀后，加入NaOH溶液，调节PH为I. 33、. 5，磁力搅拌形成前驱物溶液；将前驱物溶液放入聚四氟乙烯反应釜中，微波水热反应温度200°C，保温反应40min ;反应完成后，冷却，取出反应釜中的黄色沉淀物，用去离子水和无水乙醇洗涤3次，最后在70°C下干燥12h，制成了 BiVO4粉体。本发明进一步的改进在于所述铋盐和钒盐分别为Bi (NO3) 3 · 5H20和NH4V03。本发明进一步的改进在于所述NH4VO3加热搅拌的温度恒定在40°C 45°C直到偏钒酸铵溶液呈棕黄色为止。本发明进一步的改进在于所述NaOH溶液的浓度为1 6. 5mol/L。本发明进一步的改进在于微波水热反应的填充比为5(Γ60%。一种在可见光下具有光催化性能的BiVO4的制备方法，包括以下步骤步骤I :将O. Olmol Bi(NO3)3 ·5Η20溶于去离子水中，室温下，在磁力搅拌器上搅拌均匀形成溶液么，将O. Olmol NH4VO3溶于100°C去离子水中，在磁力搅拌器上加热搅拌均匀形成溶液B，加热搅拌的温度恒定在40°C 45°C ;步骤2 :将步骤I制备的溶液A和溶液B混合后，在磁力搅拌器上搅拌均匀，然后加入NaOH溶液，调节pH值为I. 33，在磁力搅拌器上搅拌30min，制得前驱物溶液；步骤3 :将步骤2制得的前驱物溶液放入聚四氟乙烯反应釜中，填充比为50%，然后将反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定微波水热反应温度为200°C，保温时间为40min;步骤4:待反应完成后，冷却，取出反应釜中的黄色沉淀物，用去离子水洗涤至中性后，再用无水乙醇洗涤3次，最后在70°C下恒温干燥12h，得BiVO4粉体。与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明将含铋化合物溶于去离子水中，搅拌2(T30min，将含钒化合物溶于100°C的去离子水中，加热搅拌2(T35min，将铋盐和钒盐按照Bi: V=I: I的摩尔配比混合,搅拌l(T20min,加入不同浓度的NaOH溶液,磁力搅拌30min形成前驱物溶液，将前驱物溶液放入聚四氟乙烯反应釜中，微波水热反应温度200°C，保温 时间40min，将生成的黄色沉淀取出，用去离子水和无水乙醇洗涤3次，在70°C下干燥12h，制成了 BiVO4粉体。本发明在配制前驱物溶液时不用浓硝酸作抑制剂来抑制Bi (NO3)3 ·5Η20的水解，而是直接将Bi (NO3) 3 · 5Η20溶解于去离子水中，具有操作简单，条件温和，反应时间短的特点。并且，本发明通过调节前驱物溶液的PH值可以选择性地制得单斜相和四方相的BiVO4粉体，制得的粉体在可见光下具有一定的光催化性能。


图I是本发明单斜相的BiVO4粉体的XRD图(实施例I :pH=l. 33)；图2是本发明单斜相的BiVO4粉体在可见光下降解罗丹明B溶液的紫外-可见光谱随时间的变化曲线图(实施例I :pH=l. 33)；图3是本发明四方相的BiVO4粉体的XRD图(实施例2 pH=2. 55)。
具体实施例方式本发明先将含铋化合物溶于去离子水中，搅拌3(T40min，将含钒化合物溶于IOO0C的去离子水中，加热搅拌3(T40min，将铋盐和钒盐按照Bi : V=I: I的摩尔配比混合，搅拌30min，加入不同浓度的NaOH溶液，磁力搅拌30min形成前驱物溶液，将前驱物溶液放入聚四氟乙烯反应釜中，微波水热反应温度200°C，保温时间40min，将生成的黄色沉淀取出，用去离子水和无水乙醇洗涤3次，在70°C下干燥12h，制成了 BiVO4粉体。本发明采用去离子水溶解Bi (NO3)3 · 5H20，反应方程式为Bi (NO3) 3+H20=2HN03+Bi0N03Bi0N03+V(V=BiV04+N(V与用浓硝酸溶解Bi (NO3) 3 · 5H20相比，该方法操作简单，反应条件温和，节省原料，更重要的是利用本方法可以通过调节PH值来选择性地制备单斜相和四方相的BiVO4粉体，且制得的粉体在可见光下具有一定的光催化性能。离子水替换浓硝酸后，去离子水可以使Bi(NO3)3 · 5H20 水解。下面结合本发明优选的实施例本发明做进一步描述，原料均为分析纯。实施例I :步骤I:将O.Olmol Bi (NO3) 3 ·5Η20溶于去离子水中，室温下，在磁力搅拌器上搅拌30min，将0. Olmol NH4VO3溶于100°C的去离子水中，在磁力搅拌器上加热搅拌30min，加热
搅拌温度恒定在45 °C。步骤2 :将步骤I制备的两种溶液混合均匀，在磁力搅拌器上搅拌20min，然后加入5ml浓度为lmol/L的NaOH溶液，测定pH值为I. 33，在磁力搅拌器上搅拌30min，制得前驱物溶液；步骤3 :将前驱液放入聚四氟乙烯反应釜中，填充比为50%，然后将反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定微波水热反应温度为200°C，保温时间为40min ；步骤4:待反应完成后，冷却，取出反应釜中的黄色沉淀物，用去离子水洗涤至中性后，再用无水乙醇洗涤3次，最后在70°C下恒温干燥12h，得到BiVO4粉体。 用XRD测定粉体的物相组成，从图I中可以看出采用微波水热法不添加抑制剂可以制备出单斜相的BiVO4粉体。图2是本发明在pH=l. 33下制得的单斜相BiVO4粉体在可见光下降解罗丹明B溶液的紫外-可见光谱随时间的变化曲线图。从图中可以看出不添加抑制剂(浓硝酸)也能制备出在可见光下具有一定光催化性能的BiVO4粉体。实施例2 步骤I:将O.Olmol Bi (NO3) 3 *5H20溶于去离子水中，室温下，在磁力搅拌器上搅拌20min，将0. Olmol NH4VO3溶于100°C的去离子水中，在磁力搅拌器上加热搅拌20min，加热搅拌温度恒定在40°C。步骤2 :将步骤I制备的两种溶液混合均匀，在磁力搅拌器上搅拌20min，然后加入5ml浓度为4mol/L的NaOH溶液，测定pH值为2. 55，在磁力搅拌器上搅拌30min，制得前驱物溶液；步骤3:将前驱液放入聚四氟乙烯反应釜中，填充比为60%，然后将反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定微波水热反应温度为200°C，保温时间为40min ；步骤4:待反应完成后，冷却，取出反应釜中的黄色沉淀物，用去离子水洗涤至中性后，再用无水乙醇洗涤3次，最后在70°C下恒温干燥12h，得到BiVO4粉体。用XRD测定粉体的物相组成，从图3中可以看出采用微波水热法不添加抑制剂可以制备出四方相的BiVO4粉体。实施例3 步骤I:将O.Olmol Bi (NO3) 3 *5H20溶于去离子水中，室温下，在磁力搅拌器上搅拌30min，将O.Olmol NH4VO3溶于100°C去离子水中，在磁力搅拌器上加热搅拌35min，加热搅拌温度恒定在40°C。步骤2 :将步骤I制备的两种溶液混合均匀，在磁力搅拌器上搅拌lOmin，然后加入5ml浓度为6mol/L的NaOH溶液，测定pH值为9. 18，在磁力搅拌器上搅拌30min，制得前驱物溶液；步骤3 :将前驱液放入聚四氟乙烯反应釜中，填充比为50%，然后将反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定微波水热反应温度为200°C，保温时间为40min ；步骤4:待反应完成后，冷却，取出反应釜中的黄色沉淀物，用去离子水洗涤至中性后，再用无水乙醇洗涤3次，最后在70°C下恒温干燥12h，得到BiVO4粉体。该粉体经XRD测试为单斜相的BiVO4粉体。实施例4
步骤I:将O.Olmol Bi (NO3) 3*5H20溶于去离子水中，室温下，在磁力搅拌器上搅拌30min，将O.Olmol NH4VO3溶于100°C去离子水中，在磁力搅拌器上加热搅拌35min，加热搅拌温度恒定在40°C。步骤2 :将步骤I制备的两种溶液混合均匀，在磁力搅拌器上搅拌lOmin，然后加入5ml浓度为6. 5mol/L的NaOH溶液，测定pH值为9. 50，在磁力搅拌器上搅拌30min，制得前驱物溶液；步骤3:将前驱液放入聚四氟乙烯反应釜中，填充比为60%，然后将反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定微波水热反应温度为200°C，保温时间为40min ；步骤4:待反应完成后，冷却，取出反应釜中的黄色沉淀物，用去离子水洗涤至中性后，再用无水乙醇洗涤3次，最后在70°C下恒温干燥12h，得到BiVO4粉体。 该粉体经XRD测试为单斜相的BiVO4粉体。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
1.一种在可见光下具有光催化性能的BiVO4的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 将铋盐溶于去离子水中，搅拌均匀形成铋盐溶液；将钒盐溶于100°c去离子水中，加热搅拌均匀形成钒盐溶液；将铋盐溶液和钒盐溶液按照Bi:V=I I的摩尔配比混合，搅拌均匀后，加入NaOH溶液，调节pH为I. 33、. 5，磁力搅拌形成前驱物溶液；将前驱物溶液放入聚四氟乙烯反应釜中，微波水热反应温度200 0C，保温反应40min ；反应完成后，冷却，取出反应釜中的黄色沉淀物，用去离子水和无水乙醇洗涤3次，最后在70°C下干燥12h，制成了BiVO4粉体。
2.如权利要求I所述一种在可见光下具有光催化性能的BiVO4的制备方法，其特征在于，所述铋盐和钒盐分别为Bi (NO3) 3 5H20和NH4V03。
3.如权利要求I所述一种在可见光下具有光催化性能的BiVO4的制备方法，其特征在于，所述NH4VO3加热搅拌的温度恒定在40°C 45°C直到偏钒酸铵溶液呈棕黄色为止。
4.如权利要求I所述一种在可见光下具有光催化性能的BiVO4的制备方法，其特征在于，所述NaOH溶液的浓度为I 6. 5mol/L。
5.如权利要求I所述一种在可见光下具有光催化性能的BiVO4的制备方法，其特征在于，微波水热反应的填充比为50 60%。
6.一种在可见光下具有光催化性能的BiVO4的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤I :将0. Olmol Bi (NO3)3AH2O溶于去离子水中，室温下，在磁力搅拌器上搅拌均匀形成溶液々，将0. Olmol NH4VO3溶于100°C去离子水中，在磁力搅拌器上加热搅拌均匀形成溶液B，加热搅拌的温度恒定在40°C 45°C ； 步骤2 :将步骤I制备的溶液A和溶液B混合后，在磁力搅拌器上搅拌均匀，然后加入NaOH溶液，调节pH值为I. 33，在磁力搅拌器上搅拌30min，制得前驱物溶液； 步骤3 :将步骤2制得的前驱物溶液放入聚四氟乙烯反应釜中，填充比为50%，然后将反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定微波水热反应温度为200°C，保温时间为40min ；步骤4:待反应完成后，冷却，取出反应釜中的黄色沉淀物，用去离子水洗涤至中性后，再用无水乙醇洗涤3次，最后在70°C下恒温干燥12h，得BiVO4粉体。
全文摘要
本发明公开了一种在可见光下具有光催化性能的BiVO4的制备方法，该方法先将含铋化合物和含钒化合物分别溶于去离子水中，然后混合后，加入NaOH溶液形成前驱物溶液，将前驱物溶液放入聚四氟乙烯反应釜中，生成黄色沉淀，最后用去离子水和无水乙醇洗涤后，干燥即得BiVO4粉体。本发明在配制前驱物溶液时未使用浓硝酸作抑制剂来抑制Bi(NO3)3·5H2O的水解，而是直接将Bi(NO3)3·5H2O溶解于去离子水中，故本发明具有操作简单，条件温和，反应时间短的特点。本发明通过调节前驱物溶液的pH值可以选择性地制得不同晶相的BiVO4粉体，且制得的粉体在可见光下具有一定的光催化性能。
文档编号C01G31/00GK102963930SQ20121044487
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月9日 优先权日2012年11月9日
发明者谈国强, 张丽丽, 魏莎莎 申请人:陕西科技大学