一种BiVO4纳米材料的制备方法   0    0

[0001] 本发明属于环境光催化技术领域，涉及可见光响应光催化剂的制备，具体是一种 BiVO4纳米材料的制备方法。

[0002] 利用半导体光催化剂在太阳光的作用下降解有机污染物的光催化技术，由于具有高效、节能和清洁的特征在环境治理等方面受到广泛的关注。半导体光催化剂如TiO2、 ZnO等广泛应用于有机物催化降解，但由于禁带能级较高，仅能吸收占太阳光5％以下的紫外光，对可见光响应差。单斜晶相的BiVO4是一种性能稳定的半导体材料，其禁带宽度在2.4eV左右，具有无毒无害、性质稳定、安全环保等特点，可作为一种高可见光活性的新型无机非金属半导体催化剂，应用于去除有机污染物。杨家添等[玉林师范学院学报(自然科学版),2018年第5期55～64页]以Bi(NO3)3·5H2O和NH4VO3为原料，采用水热法，通过调控反应液pH值和添加表面活性剂十二烷基硫酸钠制备 BiVO4可见光催化剂。BiVO4可见光催化剂为许多平均晶粒尺寸为27.7nm的纳米晶团聚组成树枝状结构，在催化剂BiVO4存在下，亚甲基蓝染料分解加快，可见光照射2h后降解率最高为89％。河南科技大学李杰等(无机材料学报，
2019年2期164～172 页)采用微波水热法,以BiVO3·5H2O和NH4VO3为原料,通过调控前驱液pH为9时可控合成了单斜晶系结构的可见光催化剂BiVO4，晶体尺寸为1～2μ左右，亚甲基蓝降解率84.6％。前者团聚严重，后者获得的晶体均是微米级的大晶体尺寸，影响其催化性能。

[0003] 本发明目的是针对现有技术的不足，提供一种BiVO4纳米材料的制备方法，采用亲水性高分子聚合物聚丙烯酸钠在水溶液中与交联剂形成具有网络结构的亲水性纳米反应器，限制了BiVO4晶体生长制备方法，能获得尺寸12～18nm,分散性好的 BiVO4纳米晶体，并具有优异的催化降解罗丹明B性能。

[0004] 本发明的一种BiVO4纳米材料的制备方法具体步骤：

[0005] 将0.01～0.03mol的Bi(NO3)3·5H2O溶于30～50ml乙二醇得到Bi(NO3)3乙二醇溶液；

[0006] 将0.01～0.03molNH4VO3溶于30～50ml去离子水得到NH4VO3溶液；

[0007] 将NH4VO3溶液缓慢加入Bi(NO3)3乙二醇溶液中,搅拌均匀得到混合溶液；将上述混合溶液中依次加入0.4～1.0g聚丙烯酸钠和0.01～0.03g阳离子聚丙烯酰胺，然后置于聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,120～150℃下反应12～24h，反应结束后自然冷却至室温；将所得到的沉淀物分离、洗涤，在60～80℃下烘干得到BiVO4晶体。

[0008] 所述的阳离子聚丙烯酰胺分子式为 ([CH2CH(CONH2)]m[(CH2CH)COO‑CH2CH2N+(CH3)3Cl]n)，分子量为100～300万；

[0009] 所述的聚丙烯酸钠，分子量为500～700万。

[0010] 本发明的有益效果是：

[0011] 本发明采用亲水性高分子聚合物聚丙烯酸钠在水溶液中与交联剂阳离子聚丙烯酰胺形成具有网络结构的亲水性纳米反应器，限制了BiVO4晶体生长制备方法，能获得尺寸12～18nm,分散性好的BiVO4纳米晶体，并具有优异的催化降解罗丹明B 性能。

[0012] 下面结合具体实施例对本发明做进一步的分析。

[0013] 对比例1

[0014] 将0.01mol的Bi(NO3)3·5H2O溶于30ml乙二醇得到Bi(NO3)3乙二醇溶液；

[0015] 将0.01molNH4VO3溶于30ml去离子水得到NH4VO3溶液；

[0016] 将NH4VO3溶液缓慢加入Bi(NO3)3乙二醇溶液中,搅拌均匀得到混合溶液；将上述混合溶液中置于聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,120℃下反应24h，反应结束后自然冷却至室温；将所得到的沉淀物分离、洗涤，在60℃下烘干得到BiVO4晶体。

[0017] 实施例1：

[0018] 将0.01mol的Bi(NO3)3·5H2O溶于30ml乙二醇得到Bi(NO3)3乙二醇溶液；

[0019] 将0.01molNH4VO3溶于30ml去离子水得到NH4VO3溶液；

[0020] 将NH4VO3溶液缓慢加入Bi(NO3)3乙二醇溶液中,搅拌均匀得到混合溶液；将上述混合溶液中依次加入0.4g聚丙烯酸钠和0.01g阳离子聚丙烯酰胺，然后置于聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,120℃下反应24h，反应结束后自然冷却至室温；将所得到的沉淀物分离、洗涤，在60℃下烘干得到BiVO4晶体。

[0021] 实施例2：

[0022] 将0.03mol的Bi(NO3)3·5H2O溶于50ml乙二醇得到Bi(NO3)3乙二醇溶液；

[0023] 将0.03molNH4VO3溶于50ml去离子水得到NH4VO3溶液；

[0024] 将NH4VO3溶液缓慢加入Bi(NO3)3乙二醇溶液中,搅拌均匀得到混合溶液；将上述混合溶液中依次加入1.0g聚丙烯酸钠和0.03g阳离子聚丙烯酰胺，然后置于聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,150℃下反应12h，反应结束后自然冷却至室温；将所得到的沉淀物分离、洗涤，在80℃下烘干得到BiVO4晶体。

[0025] 实施例3：

[0026] 将0.02mol的Bi(NO3)3·5H2O溶于40ml乙二醇得到Bi(NO3)3乙二醇溶液；

[0027] 将0.02molNH4VO3溶于40ml去离子水得到NH4VO3溶液；

[0028] 将NH4VO3溶液缓慢加入Bi(NO3)3乙二醇溶液中,搅拌均匀得到混合溶液；将上述混合溶液中依次加入0.6g聚丙烯酸钠和0.02g阳离子聚丙烯酰胺，然后置于聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,140℃下反应18h，反应结束后自然冷却至室温；将所得到的沉淀物分离、洗涤，在70℃下烘干得到BiVO4晶体。

[0029] 实施例4：

[0030] 将0.02mol的Bi(NO3)3·5H2O溶于45ml乙二醇得到Bi(NO3)3乙二醇溶液；

[0031] 将0.02molNH4VO3溶于45ml去离子水得到NH4VO3溶液；

[0032] 将NH4VO3溶液缓慢加入Bi(NO3)3乙二醇溶液中,搅拌均匀得到混合溶液；将上述混合溶液中依次加入0.8g聚丙烯酸钠和0.02g阳离子聚丙烯酰胺，然后置于聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,140℃下反应16h，反应结束后自然冷却至室温；将所得到的沉淀物分离、洗涤，在75℃下烘干得到BiVO4晶体。

[0033] 光催化降解实验

[0034] 以300W氙灯为光源，光源与反应器之间放一块滤光片以滤除420nm以下的紫外光。称取对比例1、实施例1‑4制备得到的20mg催化剂BiVO4加入到100mL，5mg/L 的罗丹明B溶液中，光源置于反应釜上方，光源与反应釜中RhB溶液的液面距离固定为6.5cm。避光搅拌
30min，使样品分散均匀并充分吸附。随后开启光源，磁力连续搅拌，保持温度在25℃。采用紫外一可见光谱仪检测溶液中RhB浓度的变化，RhB的降解率计算式：(Co‑C)/Co*100％。

[0035] 表1催化剂BiVO4在可见光下对罗丹明B的催化降解率

[0036]   RhB的降解率/光照100Min(％) RhB的降解率/光照180Min(％) 实施例1 73.5 97.5实施例2 76.2 98.3
实施例3 70.5 95.4
实施例4 70.7 95.5
对比例1 55.5 83.5