一种四角型矾酸铋/石墨烯复合光催化剂的制备方法与流程

本发明属于复合光催化材料的合成技术领域，具体涉及一种四角型矾酸铋/石墨烯复合光催化剂的制备方法。

背景技术：

染料废水是典型的难生物降解有机废水之一，具有碱度高、色泽深、臭味大和难生物降解等特点，严重污染水体，而采用常规的处理方法效果不理想。近年来，半导体材料光催化氧化技术日趋受到关注，且在可见光下能被激发的半导体光催化剂更受青睐。其中单斜晶型BiVO₄是近年来发展起来的新型可见光半导体光催化剂，禁带宽度为2.4eV。目前被广泛研究的单相半导体纳米光催化剂粉末悬浮体系，存在着纳米微粒易凝聚、易失活、利用效率低和吸收光谱范围窄等缺陷，严重限制了纳米光催化技术的工业化应用。因此现在负载型、高活性的复合纳米光催化剂成为研究热点。其中石墨烯作为明星材料，具有优异的导电性，大的比表面积和较高的机械强度等特点。优异的导电性使其容易捕获光生电子并充当电子转移的媒介，有效阻止了载流子的复合；大的比表面积表现出对污染物强烈的吸附作用；较高的机械强度为催化剂的沉积提供了一个二维面结构；同时石墨烯是一种能隙为零的半金属，通过改性处理调整其能隙，不但可以实现宽波段的光吸收，而且还能使电荷在转移过程中与催化剂更加匹配，提高其光催化性能，所以石墨烯成为负载的理想材料。制备的石墨烯基钒酸铋复合光催化剂能够提高光吸收性，具有吸收光谱范围宽，性能稳定，无毒、高效低廉，能够应用于难生物降解有机污染物的降解，具有较强的市场应用前景。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是提供了一种能够有效降解罗丹明B（RhB）染料废水的四角型矾酸铋/石墨烯复合光催化剂的制备方法。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种四角型矾酸铋/石墨烯复合光催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：将0.0162-0.081g氧化石墨烯分散在15mL摩尔浓度为1mol/L的HNO₃溶液中，超声2h，然后磁力搅拌，再将2.425g Bi(NO₃)₃·5H₂O加入到上述溶液中，磁力搅拌至完全溶解制得溶液A；将0.585g NH₄VO₃在超声条件下溶于40mL水中制得溶液B；在搅拌的条件下，将溶液B加入到溶液A中，继续搅拌30min，用摩尔浓度为2mol/L的NaOH溶液调节混合液的pH=3，继续搅拌30min，随后将混合液转入聚四氟乙烯反应釜中，于180℃反应18h，反应完成后自然冷却至室温，过滤分离，用水和乙醇各洗三次，然后干燥，最后于500℃煅烧4h制得四角型钒酸铋/石墨烯复合光催化剂。

进一步优选，所述的四角型矾酸铋/石墨烯复合光催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：将0.0486g氧化石墨烯分散在15mL摩尔浓度为1mol/L的HNO₃溶液中，超声2h，然后磁力搅拌，再将2.425g Bi(NO₃)₃·5H₂O加入到上述溶液中，磁力搅拌至完全溶解制得溶液A；将0.585g NH₄VO₃在超声条件下溶于40mL水中制得溶液B；在搅拌的条件下，将溶液B加入到溶液A中，继续搅拌30min，用摩尔浓度为2mol/L的NaOH溶液调节混合液的pH=3，继续搅拌30min，随后将混合液转入聚四氟乙烯反应釜中，于180℃反应18h，反应完成后自然冷却至室温，过滤分离，用水和乙醇各洗三次，然后干燥，最后于500℃煅烧4h制得四角型钒酸铋/石墨烯复合光催化剂，经过3h 500W Xe灯可见光照射，该四角型钒酸铋/石墨烯复合光催化剂对罗丹明B染料废水中RhB的脱色率为89.1%。

本发明制得的四角型钒酸铋/石墨烯复合光催化剂具有较好的晶型和光吸收性能，而且具有可见光响应的光催化性能，在可见光下具有高效降解罗丹明B染料废水的性能。

附图说明

图1为四角型BiVO₄（BIV）和BiVO₄/RGO（BIG-3%）复合光催化剂的X射线衍射谱图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

将5mmol Bi(NO₃)₃·5H₂O溶解于15mL摩尔浓度为1mol/L的HNO₃溶液中制得溶液A；将5mmol NH₄VO₃在超声条件下溶于40mL水中制得溶液B；在搅拌的条件下，将溶液B加入到溶液A中，继续搅拌30min，用摩尔浓度为2mol/L的NaOH溶液调节混合液的pH=3，继续搅拌30min，随后将混合液转入聚四氟乙烯反应釜中，于180℃反应18h，反应完成后自然冷却至室温，过滤分离，用水和乙醇各洗三次，然后干燥，最后于500℃煅烧4h制得四角型单斜晶型钒酸铋可见光催化剂，标记为BIV。经过3h 500W Xe灯可见光照射，该四角型单斜晶型钒酸铋光催化剂对RhB的脱色率为73.2%。

实施例2

将0.0162g氧化石墨烯分散于15mL摩尔浓度为1mol/L的HNO₃溶液中，超声2h，然后磁力搅拌，再将2.425g Bi(NO₃)₃·5H₂O加入到上述溶液中，磁力搅拌至完全溶解制得溶液A；将0.585g NH₄VO₃在超声条件下溶于40mL水中制得溶液B；在搅拌的条件下，将溶液B加入到溶液A中，继续搅拌30min，用摩尔浓度为2mol/L的NaOH溶液调节混合液的pH=3，继续搅拌30min，随后将混合液转入聚四氟乙烯反应釜中，于180℃反应18h，反应完成后自然冷却至室温，过滤分离，用水和乙醇各洗三次，然后干燥，最后于500℃煅烧4h制得四角型钒酸铋/石墨烯复合光催化剂，标记为BIG-1%。经过3h 500W Xe灯可见光照射，该四角型钒酸铋/石墨烯复合光催化剂对RhB的脱色率为80.5%。

实施例3

将0.0486g氧化石墨烯分散在15mL摩尔浓度为1mol/L的HNO₃溶液中，超声2h，然后磁力搅拌，再将2.425g Bi(NO₃)₃·5H₂O加入到上述溶液中，磁力搅拌至完全溶解制得溶液A；将0.585g NH₄VO₃在超声条件下溶于40mL水中制得溶液B；在搅拌的条件下，将溶液B加入到溶液A中，继续搅拌30min，用摩尔浓度为2mol/L的NaOH溶液调节混合液的pH=3，继续搅拌30min，随后将混合液转入聚四氟乙烯反应釜中，于180℃反应18h，反应完成后自然冷却至室温，过滤分离，用水和乙醇各洗三次，然后干燥，最后于500℃煅烧4h制得四角型钒酸铋/石墨烯复合光催化剂，标记为BIG-3%。经过3h 500W Xe灯可见光照射，该四角型钒酸铋/石墨烯复合光催化剂对RhB的脱色率为89.1%。

实施例4

将0.081g氧化石墨烯分散在15mL摩尔浓度为1mol/L的HNO₃溶液中，超声2h，然后磁力搅拌，再将2.425g Bi(NO₃)₃·5H₂O加入到上述溶液中，磁力搅拌至完全溶解制得溶液A；将0.585g NH₄VO₃在超声条件下溶于40mL水中制得溶液B；在搅拌的条件下，将溶液B加入到溶液A中，继续搅拌30min，用摩尔浓度为2mol/L的NaOH溶液调节混合液的pH=3，继续搅拌30min，随后将混合液转入聚四氟乙烯反应釜中，于180℃反应18h，反应完成后自然冷却至室温，过滤分离，用水和乙醇各洗三次，然后干燥，最后于500℃煅烧4h制得四角型钒酸铋/石墨烯复合光催化剂，标记为BIG-5%。经过3h 500W Xe灯可见光照射，该四角型钒酸铋/石墨烯复合光催化剂对RhB的脱色率为76.8%。

实施例5

将0.1296g氧化石墨烯分散在15mL摩尔浓度为1mol/L的HNO₃溶液中，超声2h，然后磁力搅拌，再将2.425g Bi(NO₃)₃·5H₂O加入到上述溶液中，磁力搅拌至完全溶解制得溶液A；将0.585g NH₄VO₃在超声条件下溶于40mL水中制得溶液B；在搅拌的条件下，将溶液B加入到溶液A中，继续搅拌30min，用摩尔浓度为2mol/L的NaOH溶液调节混合液的pH=3，继续搅拌30min，随后将混合液转入聚四氟乙烯反应釜中，于180℃反应18h，反应完成后自然冷却至室温，过滤分离，用水和乙醇各洗三次，然后干燥，最后于500℃煅烧4h制得四角型钒酸铋/石墨烯复合光催化剂，标记为BIG-8%。经过3h 500W Xe灯可见光照射，该四角型钒酸铋/石墨烯复合光催化剂对RhB的脱色率为71.9%。

实施例6

将0.1944g氧化石墨烯分散在15mL摩尔浓度为1mol/L的HNO₃溶液中，超声2h，然后磁力搅拌，再将2.425g Bi(NO₃)₃·5H₂O加入到上述溶液中，磁力搅拌至完全溶解制得溶液A；将0.585g NH₄VO₃在超声条件下溶于40mL水中制得溶液B；在搅拌的条件下，将溶液B加入到溶液A中，继续搅拌30min，用摩尔浓度为2mol/L的NaOH溶液调节混合液的pH=3，继续搅拌30min，随后将混合液转入聚四氟乙烯反应釜中，于180℃反应18h，反应完成后自然冷却至室温，过滤分离，用水和乙醇各洗三次，然后干燥，最后于500℃煅烧4h制得四角型钒酸铋/石墨烯复合光催化剂，标记为BIG-12%。经过3h 500W Xe灯可见光照射，该四角型钒酸铋/石墨烯复合光催化剂对RhB的脱色率为62.3%。

以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。