专利名称：一种含稀土元素的复合光催化材料的制备方法
技术领域：
本发明属于催化材料技术领域、具体涉及一种含稀土元素的复合光催化剂的制备方法。
背景技术：
1976年美国Carey关于光催化分解联苯及氧化联苯的报导，被认为是光催化在消除环 境污染物方面的首创性研究工作。自此以后，光催化氧化处理有机污染物的研究日益增多。 利用光催化技术可将有机污染物氧化分解成无机物，反应过程表示如下有机污染物+ 02 _^ C02 +H20 +......反应体系在光催化下将吸收的光能转化为化学能，使许多通常情况下难以实现的反应 在比较温和的条件下能够顺利进行，尽管它复杂的反应机理目前尚未被认识清楚，但应用 方面的研究却成绩斐然，显示了多相光催化在有机污染物治理领域的良好应用前景。BiV04在降解矿化有机污染物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。单斜相(monoclinic)的BiV04有较强的光催化活性，而四方相(tetragonal)的BiV04几乎 没有。为提高单斜相的BiV04的催化活性，对其进行掺杂或复合。目前，常采用的有Ag/BiV04,Pd/BiV04,Co304/BiV04,等复合光催化齐U，但是合成过程 中所需要的实验条件比较高，应用受到一定限制。同时采用稀土化合物与BiV04复合的可 见光催化材料的研究不是很多，通过研究发现复合之后的催化材料在可见光照射下，具有 明显的光催化的活性，对有机污染物降解比较彻底。中国稀土资源丰富，采用稀土化合物 与BiV04复合制备可见光催化材料有很大的应用前景。 发明内容本发明的目的在于提供一种含稀土元素的复合光催化材料的制备方法。 本发明提出的含稀土元素的复合光催化材料的制备方法，该复合光催化材料的化学式 为YxBiLxV(VBi203，其中X〈0.51，具体步骤如下(1) 原料配比将Y203溶于硝酸制得Y (N03) 3，以Bi(N03)3-5H20和NH4V03 为原料分别配置成摩尔浓度为0.4-1.Omol/1的溶液，按照Y、Bi和V的摩尔比为l:4:5 1:1:2的比例混合三种溶液，调节混合物的pH值为6-7，在室温下搅拌0.5 lh,使其 充分反应；(2) 水热合成反应将步骤(l)所得的混合物置于聚四氟乙烯反应釜中，在150 19(TC温度下反应24 72h;(3) 用纯水洗涤步骤(2)所得固体产物，干燥，即得YxB^xV04，其中X<0.51;(4) 焙烧将Bi(N03)3'5H20在500 700。C的温度下焙烧2 6h，即得产物Bi203;(5) 将步骤(3)所得产物与步骤(4)所得产物按照质量比为3:1 1:2的比例 混合，即得所需产品。本发明中，步骤(1)中采用氨水调节混合物的pH值。 本发明中，步骤(3)所述干燥温度为60-70°C。本发明制备得到的在可见光区有较强吸收的复合光催化材料YxBh-xV04/Bi203, (X< 0.51)，其催化效果可以采用罗丹明B进行验证。本发明所需条件温和，并且使有机污染物降解彻底。该方法可操作性强，重现性好， 且所得产品质量稳定，并且催化效果良好。
图1是本发明实施例1所得产物Yo.33Bio.67V04/Bi203的X射线衍射光谱图。其中，曲线a为Y。.33Bia67V04的X射线衍射光谱图，曲线b为Bi203的X射线衍射光谱图。图2是本发明实施例1所得产物Yo.33Bio.67V04/Bi203的紫外可见漫反射光谱图。其中，曲线a为Y。.33Bi。.67V04的紫外可见漫反射光谱图，曲线b为BiA的紫外可见漫反 射光谱图。图3是本发明实施例1所得产物Yo.33Bi().67V04/Bi203的扫描电镜图。其中，曲线a为Y,,: Bi(,67V04的扫描电镜图，曲线b为Bi203的扫描电镜图。图4是将本发明实施例1所得产物Yo.33Bio.67V04与Bi203按照不同质量比例加入到罗丹明B溶液中，在可见光照射下，在6h内罗丹明B浓度变化曲线图。其中(a) 为Yo.33Bio.67V04与Bi203的质量比为3:l，(b)为Ya33Bi0.67VO4与Bi203的质量比为3:2， (c)为Yo.33Bio.67V04与Bi2Ch的质量比为1:1， (d)为Yo.33Bio.67V04与Bi203的质量比为 3:4， (e)Yo.33Bio.67V04与Bb03的质量比为3:5。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不受限于这些实施例。实施例1以Bi(N03)3-5H20和NH4VCb为原料分别配制摩尔浓度为0.40mol/l的Bi(N03)3禾口 摩尔浓度为0.60mol/l的NH4V03溶液。称取0.113g的￥203溶于硝酸制得Y (N03) 3 溶液，向其中加入己经配好的5.00ml的Bi(N03)3溶液和5.00ml的NH4V03溶液，用氨水调节混合物的PH值为7，在室温下搅拌lh，使其充分混合。将所得的混合物装 入聚四氟乙烯反应釜中，在160'C条件下反应48h后得到悬浊液，冷却后过滤得到固 体，用纯水反复洗涤所得固体产物，然后置于烘箱中7(TC条件下干燥，得 Yo.33Bi。.67V04。将2.425gBi(N03)3'5H20在600'C的温度下焙烧4个小时，得产物Bi203。 按照不同质量比例3:1,3:2,3:3,3:4.3:5混合此前制备的Yo.33Bio.67V04和Bi203，即得到 所需产品。按照lmg/ml的比例将所得产品加入到100毫升10mo1/1的罗丹明B中， 用可见光照射整个体系6h，实验表明所得混合物对罗丹明B的光催化脱色均表现出 较高的活性。 实施例2以Bi(N03)3'5H20和NH4V03为原料分别配制摩尔浓度为1.00mol/l的Bi(N03)3和 摩尔浓度为1.00mol/l的NH4V03溶液。称取0.226g的丫203溶于硝酸制得Y (N03) 3 加热蒸干，向其中加入已经配好的8.00ml的Bi(N03)3和10.00ml的NH4V03溶液，用 氨水调节混合物的PH值为6，在室温下搅拌0.7h，使其充分混合。将所得的混合物 装入聚四氟乙烯反应釜中，在18(TC条件下反应36h后得到悬浊液，冷却后过滤得到 固体。用纯水反复洗涤所得固体产物，然后置于烘箱中6(TC条件下干燥，得 Y0.3Bio.7V04;将2.425gBi(N03)3'5H20在700'C的温度下焙烧2个小时，得产物Bi203。 按照不同质量比例3:1,3:2,3:3，3:4.3:6混合此前制备的Yo.25Bio.75V04和Bi203，即得到 所需产品。按照lmg/ml的比例将所得产品加入到100毫升10mo1/1的罗丹明B中， 用可见光照射整个体系6h，实验表明所得混合物对罗丹明B的光催化脱色均表现出 较高的活性。实施例3以Bi(N03)r5H20和NH4V03为原料分别配制摩尔浓度为1.00mol/l的Bi(N03)3和 摩尔浓度为1.00mol/l的NH4V(V溶液。称取0.226g的丫203溶于硝酸制得Y (N03) 3 加热蒸干，向其中加入已经配好的2.00ml的Bi(N03)3和4.00ml的NH4V03溶液，用 氨水调节混合物的PH值为6，在室温下搅拌0.5h，使其充分混合。将所得的混合物 装入聚四氟乙烯反应釜中，在150'C条件下反应72h后得到悬浊液，冷却后过滤得到 固体。用纯水反复洗涤所得固体产物，然后置于烘箱中65'C条件下干燥，得 Y0.25Bio.75V04;将2.425gBi(N03)3'5H20在500°C的温度下焙烧6个小时，得产物Bi203。 按照不同质量比例3:1,3:2,3:3,3:4.3:6混合此前制备的Yo.5Bio.5V04和Bi203，即得到所 需产品。实施例4以Bi(N03)3'5H20和NH4V03为原料分别配制摩尔浓度为l.OOmol/1 Bi(N03)3和摩 尔浓度为1.00mol/l的NH4V03溶液。称取0.113g的Y203溶于硝酸制得Y (N03) 3 加热蒸干，向其中加入已经配好的3.00ml的Bi(NCb)3和4.00ml的NH4V03溶液，用 氨水调节混合物的PH值为7，在室温下搅拌lh，使其充分混合。将所得的混合物装 入聚四氟乙烯反应釜中，在170'C条件下反应48h后得到悬浊液，冷却后过滤得到固 体。用纯水反复洗涤所得固体产物，然后置于烘箱中7(TC条件下干燥，得 Y0.33BiQ67VO4;将2.425gBi(N03)3'5H20在600。C的温度下焙烧4个小时，得产物Bi203。 按照不同质量比例3:1,3:2,3:3,3:4.3:5混合此前制备的Yo.33Bia67V04和Bi203，即得到 所需产品。按照lmg/ml的比例将所得产品加入到lOmol/1的罗丹明B中，用可见光 照射整个体系6h，实验表明所得混合物对罗丹明B的光催化脱色均表现出较高的活 性。实施例5以Bi(N03)3'5H20和NH4V03为原料分别配制摩尔浓度为0.40mol/l的Bi(N03)3和 摩尔浓度为0.60mol/l的NH4V03溶液。称取0.226g的丫203溶于硝酸制得Y (N03) 3 加热蒸干，向其中加入已经配好的10.00.ml的Bi(N03)3禾口 10.00ml的NH4V03溶液， 用氨水调节混合物的PH值为7，在室温下搅拌0.8h，使其充分混合。将所得的混合 物装入聚四氟乙烯反应釜中，在17(TC条件下反应52小时后得到悬浊液，冷却后过滤 得到固体。用纯水反复洗涤所得固体产物，然后置于烘箱中7(TC条件下干燥，得 Yo.3Bio.7VO4;将2.425gBi(N03)3'5H20在55(TC的温度下焙烧5个小时，得产物Bi203。 按照不同质量比例3:1,3:2,3:3,3:4.3:5混合此前制备的Yo.4Bio.6V04和Bi203，即得到所 需产品。按照lmg/ml的比例将所得产品加入到100毫升10mo1/1的罗丹明B中，用 可见光照射整个体系6h，实验表明所得混合物对罗丹明B的光催化脱色均表现出较 高的活性。实施例6以Bi(N03)3'5H20和NH4V03为原料分别配制摩尔浓度为0.40mol/l的Bi(N03)3和摩 尔浓度为0.60mol/l的NH4V03溶液。称取0.068g的￥203溶于硝酸制得Y (N03) 3加热 蒸干，向其中加入已经配好的6.00ml的Bi(N03)3和5.00ml的NH4V03溶液，用氨水调节 混合物的PH值为7，在室温下搅拌0.9h，使其充分混合。将所得的混合物装入聚四氟乙 烯反应釜中，在18(TC条件下反应36h后得到悬浊液，冷却后过滤得到固体。用纯水反复 洗涤所得固体产物，然后置于烘箱中7(TC条件下干燥，得Y。.25Bia75V04;将 2.425gBi(N03)3'5H20在700'C的温度下焙烧2个小时，得产物Bi203。按照不同质量比例3:1，3:2,3:3,3:4.3:5混合此前制备的Ya25BiQ.75VO^P Bi203，即得所需产品。按照lmg/ml 的比例将所得产品加入到100毫升lOmol/1的罗丹明B中，用可见光照射整个体系6h， 实验表明所得混合物对罗丹明B的光催化脱色均表现出较高的活性。
权利要求
1、一种含稀土元素的复合光催化材料的制备方法，其特征在于该复合光催化材料的化学式为YXBi1-XVO4/Bi2O3，其中X＜0.51，具体步骤如下(1)原料配比将Y2O3溶于硝酸制得Y(NO3)3，以Bi(NO3)3·5H2O和NH4VO3为原料分别配置成摩尔浓度为0.4-1.0mol/l的溶液，按照Y、Bi和V的摩尔比为1∶4∶5～1∶1∶2的比例混合三种溶液，调节混合物的pH值为6-7，在室温下搅拌0.5～1h，使其充分反应；(2)水热合成反应将步骤(1)所得的混合物置于聚四氟乙烯反应釜中，在150～190℃温度下反应24～72h；(3)过滤洗涤用纯水洗涤步骤(2)所得固体产物，干燥，即得YXBi1-XVO4，其中X＜0.51；(4)焙烧将Bi(NO3)3·5H2O在500～700℃的温度下焙烧2～6h，即得产物Bi2O3；(5)将步骤(3)所得产物与步骤(4)所得产物按照质量比为3∶1～1∶2的比例混合，即得所需产品。
2、 根据权利要求1所述的含稀土元素的复合光催化材料的制备方法，其特征在于 步骤(1)中采用氨水调节混合物的pH值。
3、 根据权利要求1所述的含稀土元素的复合光催化材料的制备方法，其特征在于步 骤(3)所述干燥温度为60-70°C。
4、 根据权利要求1所述的含稀土元素的复合光催化材料的制备方法，其特征在于所 得复合光催化材料的催化效果采用罗丹明B进行验证。
全文摘要
本发明属于催化材料技术领域、具体涉及一种含稀土元素的复合光催化剂的制备方法，该复合光催化材料的化学式为Y<sub>X</sub>Bi<sub>1-X</sub>VO<sub>4</sub>/Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub>，其中X＜0.51，具体制备步骤如下以Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>、Bi(NO<sub>3</sub>)<sub>3</sub>·5H<sub>2</sub>O、NH<sub>4</sub>VO<sub>3</sub>为原料，采用水热反应和固相反应法在不同温度下合成出化学性能稳定、在可见光有较强吸收的光催化材料Y<sub>X</sub>Bi<sub>1-X</sub>VO<sub>4</sub>/Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub>，(X＜0.51)，其能够在可见光照射下分解有机污染物(如罗丹明B)，本发明所需条件温和，并且使有机污染物(如罗丹明B)降解彻底。该方法可操作性强，重现性好，且所得产品质量稳定，并且催化效果良好，可用于环境污染治理。
文档编号B01J23/16GK101219375SQ20081003277
公开日2008年7月16日 申请日期2008年1月17日 优先权日2008年1月17日
发明者李灵芝, 冰 闫 申请人:同济大学