专利名称：超声结合微波水热法合成钒酸铋的方法
技术领域：
本发明涉及钒酸铋的制备方法，具体涉及一种超声结合微波水热法合成钒酸铋的方法。
背景技术：
近些年来，环境污染和能源危机给人类的生存带来了严重的威胁，光催化技术作为一种新型技术，获得了广泛的关注。目前应用最为广泛的光催化剂如二氧化钛(TiO2)等，为宽带隙半导体催化剂，仅在紫外光范围有相应。太阳光中紫外光不到5%，而可见光占到近43%，因此开发可见光相应的高活性光催化剂是提高太阳能利用率是光催化技术发展的趋势。钒酸铋作为一种不含铅的无机黄色染料，同时还具有光催化性、贴弹性、声光转化型、粒子导电性等特性，目前已应用于降解污染物、光解水产氧以及光电化学分解水的研究。目前制备钒酸铋的方法主要有化学沉淀法[高善民，乔青安，赵培培，陶芙蓉，张江，戴瑛，黄柏标.沉淀法制备不同形貌和结构的纳米BiV04[J].无机化学学报，2007; 23 (7): 1153-1158]、低温固相法[莎木嘎，侯小虎，娜仁图雅，李金梅，赵智宏.燃烧法制备纳米钒酸铋粉体及性能[J].有色金属(冶炼部分)，2011 (6) :45-49.]、水热法[Yang T, Xia D, Chen G, ChenY, Influence of the surfactantand temperature on the morphology and physico-chemical properties ofhydrothermalIy synthesized composite oxide BiV04[J]. Materials Chemistry andPhysics. 2009; 114(1) :69-72.]、微乳液法[Chung C_Y，Lu C-H. Reverse-microemulsionpreparation of visible-light-driven nano-sized BiV04[J]. Journal of Alloys andCompounds. 2010:502(1) :L1_L5.]。然而这些方法制备的钒酸铋尺寸不均一，或者需要较长的反应时间和对于环境污染较大。因此寻找一种简易操作，环境友好和反应时间短的方法显得颇为重要。微波相比其他性质的波具有更长的波长，因此具有良好的穿透性，微波投入介质时，由于介质损耗引起的介质快速碰撞，从而升高温度，使介质材料内部、外部几乎同时加热升温，形成体热源状态，大大缩短了常规加热中的热传导时间，且不同物质吸收微波能力不同，微波加热就表现出选择性加热的特点。微波对介质材料是瞬时加热升温，能耗也很低。另一方面，微波的输出功率随时可调，介质温升可无惰性的随之改变，不存在“余热”现象。超声波作用机理为声波发生器发出的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质，超声波在溶液中疏密相间的向前辐射，使溶液流动而产生数以万计的微小气泡，存在于溶液中的微小气泡(空化核)在声场的作用下振动，当声压达到一定值时，气泡迅速增长，然后突然闭合，在气泡闭合时产生冲击波，在其周围产生上千个大气压力，从而作用物质合成。
发明内容
本发明的目的是提出一种超声结合微波水热法制备钒酸铋的方法。该制备方法反应周期短、反应温度低、环境友好、成本低廉，并且操作简单，不需要后期热处理，重复性好。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下I)将Bi (NO3) 3 · 5H20溶于l_4mol/L的HNO3溶液中，配制成Bi离子浓度为
O.002-0. 02mol/L 的溶液 A ；将NH4VO3 溶于 l-4mol/L 的 NaOH 溶液中，配制成 NH4VO3 浓度为 O. 002-0. 02mol/L的溶液B ；2)将溶液A与溶液B按I: I的体积比混合均匀，在磁力搅拌器上搅拌30-120min，然后用NaOH溶液调节pH为3-9得溶液C ；3)将溶液C置于微波光反应仪中，采用超声波换能器，超声功率为500W，在施加微波反应的同时，施加超声能，反应2(T50min ;待反应结束后，自然冷却至室温，取出反应仪；4)待反应完成后，将产物离心分离，并用去离子水洗涤3-5次后，再用无水乙醇洗涤1-2次，最后在50-80°C下真空干燥得到亮黄色钒酸铋。所述步骤2) NaOH溶液的浓度为2_10mol/L。有益的效果I)本发明采用简单的超声结合微波水热法制备工艺，反应周期短，能耗低，操作方便。2)此方法制得的钒酸铋具有颗粒尺寸小、尺寸形貌均一。
图I为按本发明实施例3制备的样品用日立S4800型透射电子显微镜分析图。
具体实施例方式实施例I :I)将Bi (NO3) 3 ·5Η20溶于lmol/L的HNO3溶液中，配制成Bi离子浓度为O. 002mol/L的溶液A ；将NH4VO3溶于lmol/L的NaOH溶液中，配制成NH4VO3浓度为O. 002mol/L的溶液B ；2)将溶液A与溶液B按I: I的体积比混合均匀，在磁力搅拌器上搅拌30min，然后用浓度为2mol/L的NaOH溶液调节pH为3得溶液C ；3)将溶液C置于微波光反应仪中，采用超声波换能器，超声功率为500W，在施加微波反应的同时，施加超声能，反应20min ;待反应结束后，自然冷却至室温，取出反应仪；4)待反应完成后，将产物离心分离，并用去离子水洗涤3-5次后，再用无水乙醇洗涤1-2次，最后在50°C下真空干燥得到亮黄色钒酸铋。实施例2 I)将Bi (NO3) 3 ·5Η20溶于2mol/L的HNO3溶液中，配制成Bi离子浓度为O. 008mol/L的溶液A ；
将NH4VO3溶于2mol/L的NaOH溶液中，配制成NH4VO3浓度为O. 008mol/L的溶液B ；2)将溶液A与溶液B按I: I的体积比混合均匀，在磁力搅拌器上搅拌60min，然后用浓度为5mol/L的NaOH溶液调节pH为5得溶液C ；3)将溶液C置于微波光反应仪中，采用超声波换能器，超声功率为500W，在施加微波反应的同时，施加超声能，反应30min ;待反应结束后，自然冷却至室温，取出反应仪；4)待反应完成后，将产物离心分离，并用去离子水洗涤3-5次后，再用无水乙醇洗涤1-2次，最后在60°C下真空干燥得到亮黄色钒酸铋。实施例3:I)将Bi (NO3) 3 ·5Η20溶于3mol/L的HNO3溶液中，配制成Bi离子浓度为O. 016mol/L的溶液A ；将NH4VO3溶于3mol/L的NaOH溶液中，配制成NH4VO3浓度为O. 016mol/L的溶液B ；2)将溶液A与溶液B按I: I的体积比混合均匀，在磁力搅拌器上搅拌90min，然后用浓度为8mol/L的NaOH溶液调节pH为7得溶液C ；3)将溶液C置于微波光反应仪中，采用超声波换能器，超声功率为500W，在施加微波反应的同时，施加超声能，反应40min ;待反应结束后，自然冷却至室温，取出反应仪；4)待反应完成后，将产物离心分离，并用去离子水洗涤3-5次后，再用无水乙醇洗涤1-2次，最后在70°C下真空干燥得到亮黄色钒酸铋。将本实施例制备BiVO4微晶用日本理学D/max2000PC X射线衍射仪分析样品，由图I可以看出制备的产物为纯相的BiV04。实施例4 I)将Bi (NO3)3 ·5Η20溶于4mol/L的HNO3溶液中，配制成Bi离子浓度为O. 02mol/L的溶液A ；将NH4VO3溶于4mol/L的NaOH溶液中，配制成NH4VO3浓度为O. 02mol/L的溶液B ；2)将溶液A与溶液B按I: I的体积比混合均匀，在磁力搅拌器上搅拌120min，然后用浓度为lOmol/L的NaOH溶液调节pH为9得溶液C ；3)将溶液C置于微波光反应仪中，采用超声波换能器，超声功率为500W，在施加微波反应的同时，施加超声能，反应50min ;待反应结束后，自然冷却至室温，取出反应仪；4)待反应完成后，将产物离心分离，并用去离子水洗涤3-5次后，再用无水乙醇洗涤1-2次，最后在80°C下真空干燥得到亮黄色钒酸铋。
权利要求
1.超声结合微波水热法合成钒酸铋的方法，其特征在于1)将Bi(NO3)3 · 5H20溶于l-4mol/L的HNO3溶液中，配制成Bi离子浓度为O. 002-0. 02mol/L 的溶液 A ；将NH4VO3溶于l-4mol/L的NaOH溶液中，配制成NH4VO3浓度为O. 002-0. 02mol/L的溶液B ；2)将溶液A与溶液B按I:I的体积比混合均匀，在磁力搅拌器上搅拌30-120min，然后用NaOH溶液调节pH为3-9得溶液C ；3)将溶液C置于微波光反应仪中，采用超声波换能器，超声功率为500W，在施加微波反应的同时，施加超声能，反应2(T50min ;待反应结束后，自然冷却至室温，取出反应仪；4)待 反应完成后，将产物离心分离，并用去离子水洗涤3-5次后，再用无水乙醇洗涤1-2次，最后在50-80°C下真空干燥得到亮黄色钒酸铋。
2.根据权利要求I所述的超声结合微波水热法合成钒酸铋的方法，其特征在于所述步骤2) NaOH溶液的浓度为2-10mol/L。
全文摘要
超声结合微波水热法合成钒酸铋的方法，将Bi(NO3)3·5H2O溶于HNO3溶液中得溶液A；将NH4VO3溶于NaOH溶液中得溶液B；将溶液A与溶液B混合均匀并调节pH为3-9得溶液C；将溶液C置于微波光反应仪中，采用超声波换能器，在施加微波反应的同时，施加超声能，反应20~50min；待反应完成后，将产物离心分离，并用去离子水、无水乙醇洗涤，最后在50-80℃下真空干燥得到亮黄色钒酸铋。本发明采用简单的超声结合微波水热法制备工艺，反应周期短，能耗低，操作方便。此方法制得的钒酸铋具有颗粒尺寸小、尺寸形貌均一。
文档编号C01G31/00GK102942220SQ20121045780
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月14日 优先权日2012年11月14日
发明者曹丽云, 孟岩, 黄剑锋, 吴建鹏, 费杰, 卢靖, 李翠艳, 李嘉胤 申请人:陕西科技大学