一种采用微乳-水热技术合成新型可见光活性BiVO₄光催化剂的方法

专利名称：一种采用微乳-水热技术合成新型可见光活性BiVO₄光催化剂的方法
技术领域：
本发明涉及一种新型光催化剂的制备方法，更具体的说是涉及一种采用微乳-水
热技术合成单斜相为主的BiV04新型可见光活性光催化剂的方法，属于材料科学与催化科 学相交叉的科学技术领域。
背景技术：
目前应用最为广泛的光催化剂如1102等，为宽带隙半导体光催化剂，仅在紫外光 范围有响应。而在到达地球表面的太阳光中紫外光不到5%，而可见光占到近43%，因此， 开发可见光响应的高活性光催化剂是提高太阳能利用率，实现光催化技术产业化的关键。 通过调控半导体光催化剂的能带结构，人们设计了许多新型光催化剂，BiV04为其中一种有 发展前景的新型光催化材料，具有良好的可见光催化活性和稳定性。但目前报道的新型光 催化剂BiV04采用高温煅烧的方法制备，得到的光催化剂粒径一般为微米尺度，比表面积很 小(< lm7g)，光催化活性低，并且这种方法需要在高温下进行，对设备要求高，能源消耗 大，限制了新型光催化剂的推广和应用。

发明内容
为了克服现有新型光催化剂制备技术中的不足之处，目的是提供一种制备温度
低、应用工艺简单、比表面积大、可见光活性高的新型可见光活性BiV04光催化剂的合成方
法。本发明提供了一种新型可见光响应的BiV04光催化剂，在光催化剂内含有片状或球形
的晶粒，以单斜相BiV04为主体，晶粒粒径在300-2000nm左右。 本发明的光催化剂为黄色粉末状，具有良好的可见光催化活性。 本发明的新型可见光活性BiV04光催化剂的微乳_水热制备方法，具体的步骤如
下 (1)将吐温80、正丁醇、正庚烷按一定比例称取，在恒温磁力搅拌器上均匀搅拌至 三者之间均匀混合。按此方法制备两份这样的微乳体系。 (2)按照化学计量比称取一定量的NH4V03与Bi (N03) 3 *5H20，先将NH4V03用沸腾的 去离子水溶解制成透明溶液，然后将Bi(N0》3 51120溶于刚配好的稀硝酸溶液中；
(3)将上述两种透明溶液，在不断搅拌的情况下分别加入到上述的微乳体系中。继 续搅拌30min形成稳定的微乳体系。 (4)将上述两种微乳体系，在剧烈搅拌下混合到一起，用氨水(NH3 H20)调节pH 在3 9之间，再持续搅拌40min 60min。然后将上面制备的微乳体系放入不锈钢材质， 白色聚四氟乙烯内衬的密闭反应釜中进行热处理，温度分别为130°C 20(TC，处理时间为 3 9h。 (5)采用离心机将得到的产物分离，将得到的黄色沉淀用去离子水和乙醇洗涤除 去NH4+、N03—和油相，并重复该过程3 6次。6(TC干燥数小时后即可得到新型可见光活性
3BiV04光催化剂。 本发明技术的有益效果是，新型可见光活性BiV04光催化剂的制备工艺反应温度 低、工艺简单易操作、无须高温热处理，成本降低，所得光催化剂比表面积大、可见光催化活 性高。经测试表征后发现，采用该法制备的BiV(^光催化剂，结晶度高，比表面积大。光催 化实验结果表明含有0. 15g光催化剂的50ml浓度为10mg/L的甲基橙在可见光照射下的 脱色率在3h后接近100% ，而空白样甲基橙脱色率没有变化，结果表明采用微乳-水热法制 备的BiV04光催化剂具有良好的可见光活性。


图1 :不同温度下合成的BiV04样品的SEM照片(a)90。C， (b)110。C， (c)130。C， (d)150。C， (e)180。C 图2 :微乳-水热法制备BiV04系光催化剂的XRD谱图；
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1 : 将吐温80 :正丁醇正庚烷按一定比例称取，在恒温磁力搅拌器上均匀搅拌至
三者之间均匀混合。按此方法制备两份这样的微乳体系备用。按照化学计量比称取一定
量的NH4V03与Bi (N03)3 5H20，先将NH4V03用沸腾的去离子水溶解制成透明溶液，然后将 Bi(N03)3 51120溶于刚配好的稀硝酸溶液中。将上述两种透明溶液，在不断搅拌的情况下 分别加入到上述的微乳体系中。继续搅拌30min形成稳定的微乳体系。在剧烈搅拌下，将 上述两种微乳体系混合到一起，用氨水(NH3 H20)调节pH在3左右，再持续搅拌40min 60min。然后将上面制备的微乳体系放入不锈钢材质，白色聚四氟乙烯内衬的密闭反应釜中 进行热处理，温度分别为18(TC，处理时间为6h。冷却后，采用离心机将得到的产物分离，将 得到的黄色沉淀用去离子水和乙醇洗涤除去NH4+、N03—和油相，并重复该过程3 6次。在 烘箱中6(TC干燥10h即可得到新型可见光活性BiV04光催化剂。
实施例2: 将吐温80 :正丁醇正庚烷按一定比例称取，在恒温磁力搅拌器上均匀搅拌至 三者之间均匀混合。按此方法制备两份这样的微乳体系备用。按照化学计量比称取一定 量的NH4V03与Bi (N03)3 5H20，先将NH4V03用沸腾的去离子水溶解制成透明溶液，然后将 Bi(N03)3 51120溶于刚配好的稀硝酸溶液中。将上述两种透明溶液，在不断搅拌的情况下 分别加入到上述的微乳体系中。继续搅拌30min形成稳定的微乳体系。在剧烈搅拌下，将 上述两种微乳体系混合到一起，用氨水(NH3 H20)调节pH在5左右，再持续搅拌40min 60min。然后将上面制备的微乳体系放入不锈钢材质，白色聚四氟乙烯内衬的密闭反应釜中 进行热处理，温度分别为18(TC，处理时间为6h。冷却后，采用离心机将得到的产物分离，将 得到的黄色沉淀用去离子水和乙醇洗涤除去NH4+、N03—和油相，并重复该过程3 6次。在 烘箱中6(TC干燥10h即可得到新型可见光活性BiV04光催化剂。
实施例3: 将吐温80 :正丁醇正庚烷按一定比例称取，在恒温磁力搅拌器上均匀搅拌至三者之间均匀混合。按此方法制备两份这样的微乳体系备用。按照化学计量比称取一定 量的NH4V03与Bi (N03)3 5H20，先将NH4V03用沸腾的去离子水溶解制成透明溶液，然后将 Bi(N03)3 51120溶于刚配好的稀硝酸溶液中。将上述两种透明溶液，在不断搅拌的情况下 分别加入到上述的微乳体系中。继续搅拌30min形成稳定的微乳体系。在剧烈搅拌下，将 上述两种微乳体系混合到一起，用氨水(NH3 H20)调节pH在7左右，再持续搅拌40min 60min。然后将上面制备的微乳体系放入不锈钢材质，白色聚四氟乙烯内衬的密闭反应釜中 进行热处理，温度分别为18(TC，处理时间为6h。冷却后，采用离心机将得到的产物分离，将 得到的黄色沉淀用去离子水和乙醇洗涤除去NH4+、N03—和油相，并重复该过程3 6次。在 烘箱中6(TC干燥10h即可得到新型可见光活性BiV04光催化剂。
实施例4: 将吐温80 :正丁醇正庚烷按一定比例称取，在恒温磁力搅拌器上均匀搅拌至 三者之间均匀混合。按此方法制备两份这样的微乳体系备用。按照化学计量比称取一定 量的NH4V03与Bi (N03)3 5H20，先将NH4V03用沸腾的去离子水溶解制成透明溶液，然后将 Bi(N03)3 51120溶于刚配好的稀硝酸溶液中。将上述两种透明溶液，在不断搅拌的情况下 分别加入到上述的微乳体系中。继续搅拌30min形成稳定的微乳体系。在剧烈搅拌下，将 上述两种微乳体系混合到一起，用氨水(NH3 H20)调节pH在9左右，再持续搅拌40min 60min。然后将上面制备的微乳体系放入不锈钢材质，白色聚四氟乙烯内衬的密闭反应釜中 进行热处理，温度分别为18(TC，处理时间为6h。冷却后，采用离心机将得到的产物分离，将 得到的黄色沉淀用去离子水和乙醇洗涤除去NH4+、N03—和油相，并重复该过程3 6次。在 烘箱中6(TC干燥10h即可得到新型可见光活性BiV04光催化剂。
实施例5 : 将吐温80 :正丁醇正庚烷按一定比例称取，在恒温磁力搅拌器上均匀搅拌至 三者之间均匀混合。按此方法制备两份这样的微乳体系备用。按照化学计量比称取一定 量的NH4V03与Bi (N03)3 5H20，先将NH4V03用沸腾的去离子水溶解制成透明溶液，然后将 Bi(N03)3 51120溶于刚配好的稀硝酸溶液中。将上述两种透明溶液，在不断搅拌的情况下 分别加入到上述的微乳体系中。继续搅拌30min形成稳定的微乳体系。在剧烈搅拌下，将 上述两种微乳体系混合到一起，用氨水(NH3 H20)调节pH在3左右，再持续搅拌40min 60min。然后将上面制备的微乳体系放入不锈钢材质，白色聚四氟乙烯内衬的密闭反应釜中 进行热处理，温度分别为13(TC，处理时间为6h。冷却后，采用离心机将得到的产物分离，将 得到的黄色沉淀用去离子水和乙醇洗涤除去NH4+、N03—和油相，并重复该过程3 6次。在 烘箱中6(TC干燥10h即可得到新型可见光活性BiV04光催化剂。
实施例6 : 将吐温80 :正丁醇正庚烷按一定比例称取，在恒温磁力搅拌器上均匀搅拌至 三者之间均匀混合。按此方法制备两份这样的微乳体系备用。按照化学计量比称取一定 量的NH4V03与Bi (N03)3 5H20，先将NH4V03用沸腾的去离子水溶解制成透明溶液，然后将 Bi(N03)3 51120溶于刚配好的稀硝酸溶液中。将上述两种透明溶液，在不断搅拌的情况下 分别加入到上述的微乳体系中。继续搅拌30min形成稳定的微乳体系。在剧烈搅拌下，将 上述两种微乳体系混合到一起，用氨水(NH3 H20)调节pH在3左右，再持续搅拌40min 60min。然后将上面制备的微乳体系放入不锈钢材质，白色聚四氟乙烯内衬的密闭反应釜中
5进行热处理，温度分别为15(TC，处理时间为6h。冷却后，采用离心机将得到的产物分离，将 得到的黄色沉淀用去离子水和乙醇洗涤除去NH4+、N03—和油相，并重复该过程3 6次。在 烘箱中6(TC干燥10h即可得到新型可见光活性BiV04光催化剂。
实施例7 : 将吐温80 :正丁醇正庚烷按一定比例称取，在恒温磁力搅拌器上均匀搅拌至 三者之间均匀混合。按此方法制备两份这样的微乳体系备用。按照化学计量比称取一定 量的NH4V03与Bi (N03)3 5H20，先将NH4V03用沸腾的去离子水溶解制成透明溶液，然后将 Bi(N03)3 51120溶于刚配好的稀硝酸溶液中。将上述两种透明溶液，在不断搅拌的情况下 分别加入到上述的微乳体系中。继续搅拌30min形成稳定的微乳体系。在剧烈搅拌下，将 上述两种微乳体系混合到一起，用氨水(NH3 H20)调节pH在3左右，再持续搅拌40min 60min。然后将上面制备的微乳体系放入不锈钢材质，白色聚四氟乙烯内衬的密闭反应釜中 进行热处理，温度分别为18(TC，处理时间为6h。冷却后，采用离心机将得到的产物分离，将 得到的黄色沉淀用去离子水和乙醇洗涤除去NH4+、N03—和油相，并重复该过程3 6次。在 烘箱中6(TC干燥10h即可得到新型可见光活性BiV04光催化剂。
实施例8 : 将吐温80 :正丁醇正庚烷按一定比例称取，在恒温磁力搅拌器上均匀搅拌至
三者之间均匀混合。按此方法制备两份这样的微乳体系备用。按照化学计量比称取一定 量的NH4V03与Bi (N03)3 5H20，先将NH4V03用沸腾的去离子水溶解制成透明溶液，然后将 Bi(N03)3 51120溶于刚配好的稀硝酸溶液中。将上述两种透明溶液，在不断搅拌的情况下 分别加入到上述的微乳体系中。继续搅拌30min形成稳定的微乳体系。在剧烈搅拌下，将 上述两种微乳体系混合到一起，用氨水(NH3 H20)调节pH在3左右，再持续搅拌40min 60min。然后将上面制备的微乳体系放入不锈钢材质，白色聚四氟乙烯内衬的密闭反应釜中 进行热处理，温度分别为20(TC，处理时间为6h。冷却后，采用离心机将得到的产物分离，将 得到的黄色沉淀用去离子水和乙醇洗涤除去NH4+、N03—和油相，并重复该过程3 6次。在 烘箱中5(TC干燥10h即可得到新型可见光活性BiV04光催化剂。
实施例9: 将吐温80 :正丁醇正庚烷按一定比例称取，在恒温磁力搅拌器上均匀搅拌至 三者之间均匀混合。按此方法制备两份这样的微乳体系备用。按照化学计量比称取一定 量的NH4V03与Bi (N03)3 5H20，先将NH4V03用沸腾的去离子水溶解制成透明溶液，然后将 Bi(N03)3 51120溶于刚配好的稀硝酸溶液中。将上述两种透明溶液，在不断搅拌的情况下 分别加入到上述的微乳体系中。继续搅拌30min形成稳定的微乳体系。在剧烈搅拌下，将 上述两种微乳体系混合到一起，用氨水(NH3 H20)调节pH在3左右，再持续搅拌40min 60min。然后将上面制备的微乳体系放入不锈钢材质，白色聚四氟乙烯内衬的密闭反应釜中 进行热处理，温度分别为18(TC，处理时间为3h。冷却后，采用离心机将得到的产物分离，将 得到的黄色沉淀用去离子水和乙醇洗涤除去NH4+、N03—和油相，并重复该过程3 6次。在 烘箱中6(TC干燥10h即可得到新型可见光活性BiV04光催化剂。
实施例10 : 将吐温80 :正丁醇正庚烷按一定比例称取，在恒温磁力搅拌器上均匀搅拌至 三者之间均匀混合。按此方法制备两份这样的微乳体系备用。按照化学计量比称取一定量的NH4V03与Bi (N03)3 5H20，先将NH4V03用沸腾的去离子水溶解制成透明溶液，然后将 Bi(N03)3 51120溶于刚配好的稀硝酸溶液中。将上述两种透明溶液，在不断搅拌的情况下 分别加入到上述的微乳体系中。继续搅拌30min形成稳定的微乳体系。在剧烈搅拌下，将 上述两种微乳体系混合到一起，用氨水(NH3 H20)调节pH在3左右，再持续搅拌40min 60min。然后将上面制备的微乳体系放入不锈钢材质，白色聚四氟乙烯内衬的密闭反应釜中 进行热处理，温度分别为18(TC，处理时间为9h。冷却后，采用离心机将得到的产物分离，将 得到的黄色沉淀用去离子水和乙醇洗涤除去NH4+、N03—和油相，并重复该过程3 6次。在 烘箱中6(TC干燥10h即可得到新型可见光活性BiV04光催化剂。 本发明公开和揭示的含有单斜相晶粒的新型光催化剂BiV04及其微乳_水热制备 方法可通过借鉴本文公开内容，尽管本发明已通过较佳实施例进行了描述，但是本领域技 术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述内容进行改动，或增减某些 条件的，更具体的说，所有相类似的替换和改动对本领域内的技术人员来说是显而易见的， 他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。
权利要求
一种采用微乳-水热技术合成新型可见光活性BiVO4光催化剂及其制备方法，其特征是制备温度低、应用工艺简单，制得样品比表面积大。
2. 如权利要求1所述的一种采用微乳-水热技术合成的新型可见光活性BiV04光催化 剂，其特征是含有片状或球形晶粒，粒径在300-2000nm左右。
3. 如权利要求1所述的一种采用微乳-水热技术合成的新型可见光活性BiV04光催化 剂，其特征是含有以单斜相BiV04为主体的BiV04化合物。
4. 如权利要求1所述的一种采用微乳-水热技术合成的新型可见光活性BiV04光催化 剂，其特征是可见光活性高，在3h内可将10mg/L甲基橙完全降解。
5. 如权利要求1所述的一种新型可见光活性BiV04光催化剂的微乳_水热制备方法， 步骤如下(1) 将吐温80 :正丁醇正庚烷按一定比例称取，在恒温磁力搅拌器上均匀搅拌至三 者之间均匀混合。按此方法制备两份这样的微乳体系。(2) 按照化学计量比称取一定量的NH4V03与Bi (N03) 3 51120，先将NH4V03用去沸腾的去 离子水溶解制成透明溶液，然后将Bi (N03) 3 5H20溶于刚配好的稀硝酸溶液中。(3) 将上述两种透明溶液，在不断搅拌的情况下分别加入到上述的微乳体系中。继续搅 拌30min形成稳定的微乳体系。(4) 将上述两种微乳体系，在剧烈搅拌下混合到一起，用氨水(NH3*H20)调节pH在3 9之间，再持续搅拌40min 60min。然后将上面制备的微乳体系放入不锈钢材质，白色聚 四氟乙烯内衬的密闭反应釜中进行热处理，温度分别为130°C 200°C ，处理时间为3 9h。(5) 采用离心机将得到的产物分离，将得到的黄色沉淀用去离子水和乙醇洗涤除去 NH4+、N03—和油相，并重复该过程3 6次。6(TC干燥数小时后即可得到新型可见光活性BiV04 光催化剂。
全文摘要
本发明公开了一种微乳-水热技术合成新型可见光活性BiVO4光催化剂的方法，特点是制备温度低、应用工艺简单，所得光催化剂比表面积大、可见光活性高、含有以单斜相BiVO4为主体的BiVO4化合物。本发明将吐温80、正丁醇、正庚烷按一定比例称取，制备两份微乳体系。将NH4VO3与Bi(NO3)3分别配制成一定浓度的透明溶液，分别加入到上述制备的微乳体系中，充分搅拌后将两者均匀混合，然后用稀氨水调节到一定的pH值。将所得到的微乳体系放入不锈钢材质，白色聚四氟乙烯内衬的密闭反应釜中进行热处理，温度分别为130℃～200℃，处理时间为3～9h，处理完毕，冷却至室温。采用离心机将得到的产物分离，将得到的黄色沉淀用去离子水和乙醇洗涤数次，干燥数小时后即可得到新型可见光活性BiVO4光催化剂。
文档编号C01G31/00GK101767823SQ200910003459
公开日2010年7月7日 申请日期2009年1月1日 优先权日2009年1月1日
发明者张宪华, 戈磊 申请人:中国石油大学(北京)