CN100566821C - 一种含稀土元素的复合光催化材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

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：YXBi1-XVO4/Bi2O3，其中X＜0.51，具体制备步骤如下：以Y2O3、Bi(NO3)3·5H2O、NH4VO3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YXBi1-XVO4/Bi2O3，(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。

Description

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+O2→CO2+H2O+......
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。
BiVO4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BiVO4有较强的光催化活性，而四方相(tetragonal)的BiVO4几乎没有。为提高单斜相的BiVO4的催化活性，对其进行掺杂或复合。
目前，常采用的有Ag/BiVO4，Pd/BiVO4，Co3O4/BiVO4，等复合光催化剂，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BiVO4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BiVO4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：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)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。
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℃。
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YXBi1-XVO4/Bi2O3，(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。
附图说明
图1是本发明实施例1所得产物Y0.33Bi0.67VO4/Bi2O3的X射线衍射光谱图。其中，曲线a为Y0.33Bi0.67VO4的X射线衍射光谱图，曲线b为Bi2O3的X射线衍射光谱图。
图2是本发明实施例1所得产物Y0.33Bi0.67VO4/Bi2O3的紫外可见漫反射光谱图。其中，曲线a为Y0.33Bi0.67VO4的紫外可见漫反射光谱图，曲线b为Bi2O3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Y0.33Bi0.67VO4/Bi2O3的扫描电镜图。其中，曲线a为Y0.33Bi0.67VO4的扫描电镜图，曲线b为Bi2O3的扫描电镜图。
图4是将本发明实施例1所得产物Y0.33Bi0.67VO4与Bi2O3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Y0.33Bi0.67VO4与Bi2O3的质量比为3∶1，(b)为Y0.33Bi0.67VO4与Bi2O3的质量比为3∶2，(c)为Y0.33Bi0.67VO4与Bi2O3的质量比为1∶1，(d)为Y0.33Bi0.67VO4与Bi2O3的质量比为3∶4，(e)Y0.33Bi0.67VO4与Bi2O3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(NO3)3·5H2O和NH4VO3为原料分别配制摩尔浓度为0.40mol/l的Bi(NO3)3和摩尔浓度为0.60mol/l的NH4VO3溶液。称取0.113g的Y2O3溶于硝酸制得Y(NO3)3溶液，向其中加入已经配好的5.00ml的Bi(NO3)3溶液和5.00ml的NH4VO3溶液，用氨水调节混合物的PH值为7，在室温下搅拌1h，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℃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70℃条件下干燥，得Y0.33Bi0.67VO4。将2.425gBi(NO3)3·5H2O在600℃的温度下焙烧4个小时，得产物Bi2O3。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Y0.33Bi0.67VO4和Bi2O3，即得到所需产品。按照1mg/ml的比例将所得产品加入到100毫升10mol/l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(NO3)3·5H2O和NH4VO3为原料分别配制摩尔浓度为1.00mol/l的Bi(NO3)3和摩尔浓度为1.00mol/l的NH4VO3溶液。称取0.226g的Y2O3溶于硝酸制得Y(NO3)3加热蒸干，向其中加入已经配好的8.00ml的Bi(NO3)3和10.00ml的NH4VO3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180℃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60℃条件下干燥，得Y0.3Bi0.7VO4；将2.425gBi(NO3)3·5H2O在700℃的温度下焙烧2个小时，得产物Bi2O3。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Y0.25Bi0.75VO4和Bi2O3，即得到所需产品。按照1mg/ml的比例将所得产品加入到100毫升10mol/l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(NO3)3·5H2O和NH4VO3为原料分别配制摩尔浓度为1.00mol/l的Bi(NO3)3和摩尔浓度为1.00mol/l的NH4VO3溶液。称取0.226g的Y2O3溶于硝酸制得Y(NO3)3加热蒸干，向其中加入已经配好的2.00ml的Bi(NO3)3和4.00ml的NH4VO3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℃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℃条件下干燥，得Y0.25Bi0.75VO4；将2.425gBi(NO3)3·5H2O在500℃的温度下焙烧6个小时，得产物Bi2O3。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Y0.5Bi0.5VO4和Bi2O3，即得到所需产品。
实施例4
以Bi(NO3)3·5H2O和NH4VO3为原料分别配制摩尔浓度为1.00mol/l Bi(NO3)3和摩尔浓度为1.00mol/l的NH4VO3溶液。称取0.113g的Y2O3溶于硝酸制得Y(NO3)3加热蒸干，向其中加入已经配好的3.00ml的Bi(NO3)3和4.00ml的NH4VO3溶液，用氨水调节混合物的PH值为7，在室温下搅拌1h，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℃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70℃条件下干燥，得Y0.33Bi0.67VO4；将2.425gBi(NO3)3·5H2O在600℃的温度下焙烧4个小时，得产物Bi2O3。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Y0.33Bi0.67VO4和Bi2O3，即得到所需产品。按照1mg/ml的比例将所得产品加入到10mol/l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(NO3)3·5H2O和NH4VO3为原料分别配制摩尔浓度为0.40mol/l的Bi(NO3)3和摩尔浓度为0.60mol/l的NH4VO3溶液。称取0.226g的Y2O3溶于硝酸制得Y(NO3)3加热蒸干，向其中加入已经配好的10.00.ml的Bi(NO3)3和10.00ml的NH4VO3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170℃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70℃条件下干燥，得Y0.3Bi0.7VO4；将2.425gBi(NO3)3·5H2O在550℃的温度下焙烧5个小时，得产物Bi2O3。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Y0.4Bi0.6VO4和Bi2O3，即得到所需产品。按照1mg/ml的比例将所得产品加入到100毫升10mol/l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(NO3)3·5H2O和NH4VO3为原料分别配制摩尔浓度为0.40mol/l的Bi(NO3)3和摩尔浓度为0.60mol/l的NH4VO3溶液。称取0.068g的Y2O3溶于硝酸制得Y(NO3)3加热蒸干，向其中加入已经配好的6.00ml的Bi(NO3)3和5.00ml的NH4VO3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180℃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70℃条件下干燥，得Y0.25Bi0.75VO4；将2.425gBi(NO3)3·5H2O在700℃的温度下焙烧2个小时，得产物Bi2O3。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Y0.25Bi0.75VO4和Bi2O3，即得所需产品。按照1mg/ml的比例将所得产品加入到100毫升10mol/l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。

Claims (4)

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为0.25-0.5，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为0.25-0.5；
(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℃。
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。
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