專利名稱：F、n共摻雜可見光響應釩酸鉍光催化劑及其制備方法
技術領域：
本發明屬于無機環保光催化材料技術領域，具體涉及一種光催化劑，具體涉及一種F、N共摻雜可見光響應釩酸鉍光催化劑，本發明還涉及上述光催化劑的制備方法。
背景技術：
利用光催化技術降解環境污染物具有室溫深度反應和可直接利用太陽能作為光源來驅動反應等特點，而成為一種理想的環境污染治理技術，并備受矚目。近年來半導體光催化已成為環境領域的研究熱點之一，大量研究表明，幾乎所有的有機污染物都能被有效地光催化降解、脫色、礦化為無機小分子物質，從而消除對環境的污染和危害。典型的光催化劑如TW2需要在紫外光照射下才具有較高的光催化活性，紫外光占太陽光中的比例約為4%，而太陽光能量主要集中在400-700nm的可見光范圍，其在使用過程中對太陽光的利用率較低，同時T^2在可見光范圍內并不具有催化活性，因此當前光催化技術尚不能充分利用太陽光。雖然對T^2進行摻雜改性，如引入金屬元素Fe、Co、Ce等及非金屬元素N、C、F等能夠拓展T^2的吸收波長至可見光范圍，但其光吸收較弱，催化活性普遍較低，且存在摻雜元素流失等失活問題。因此，開發新型可見光響應光催化劑是提高太能利用率，降低成本，拓寬光催化技術的應用范圍，最終實現光催化技術產業化應用的關鍵。釩酸鉍是一種具有可見光響應能力的新型半導體光催化材料，雖然其在可見光范圍內具有一定的響應，但是由于較弱的可見光吸收能力和較大的顆粒尺寸，導致其光催化活性較低。純的釩酸鉍光催化劑光生電子空穴遷移距離較長導致容易復合失活，從而限制了其在光催化領域的應用。

發明內容
本發明的目的是提供一種F、N共摻雜可見光響應釩酸鉍光催化劑，解決了現有純的釩酸鉍光催化劑光生電子空穴遷移距離較長導致容易復合失活，從而限制了其在光催化領域的應用的問題。本發明的另一目的是提供上述催化劑的制備方法。本發明所采用的技術方案是，F、N共摻雜可見光響應釩酸鉍光催化劑，其化學組成通式為 BiV0(4_x_y)FxNy，0. 01 彡 χ 彡 0· 1，0· 01 彡 χ 彡 0. 1。本發明所采用的另一技術方案是，F、N共摻雜可見光響應釩酸鉍光催化劑的制備方法，具體按照以下步驟實施步驟1 將一定量的五水硝酸鉍溶解于質量濃度為65%的硝酸溶液，得到溶液Α， 將一定量的偏釩酸銨溶解于摩爾濃度為5mol/L的氫氧化鈉溶液，得到溶液B，將一定量的溶液A和溶液B混合均勻得到溶液C，將溶液C轉移至水熱反應釜，并置于微波反應器中利用微波加熱至150 250°C微波水熱處理0. 5 池，取出后自然冷卻至室溫，將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3次，于80°C干燥12h，得到釩酸鉍粉體；
步驟2 配制濃度為0. 001 0. lmol/L的氟化物溶液D ；配制濃度為0. 001 0. lmol/L 的銨鹽溶液 E，按照 BiV0(4_x_y)FxNy，0. 01^x^0.1,0.01^x^0.1,的化學計量比將步驟1得到的釩酸鉍粉體、溶液D、溶液E混合均勻得到懸浮液F，將懸浮液F轉移至水熱反應釜，并置于微波反應器中利用微波加熱至150 250°C微波水熱處理0. 5 池，取出后自然冷卻至室溫，將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3次，于80°C干燥12h，得到F、N 共摻雜可見光響應釩酸鉍光催化劑。本發明的特點還在于，其中的氟化物選用氟化鈉、氟化鋰中的一種或兩種的混合物。其中的銨鹽選用碳酸氫銨、氯化銨中的一種或兩種的混合物。其中的溶液A中五水硝酸鉍和硝酸溶液的質量比為1 5 10。其中的溶液B中偏釩酸銨和氫氧化鈉溶液的質量比為1 30 50。其中的溶液C中Bi元素和V元素的摩爾比為1 1。本發明的有益效果是，制備方法簡單、成本低，制備的光催化劑具有優良的催化性能，在可見光照射下具有分解有害化學物質、有機生物質合殺菌的作用。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
對本發明進行詳細說明。本發明F、N共摻雜可見光響應釩酸鉍光催化劑，其化學組成通式為BiV0(4_x_y)FxNy， 0.01^x^0. 1,0. 01 ^x^O. I0該催化劑在可見光下具有較高的光催化活性，能夠有效光催化降解有毒有機污染物。本發明F、N共摻雜可見光響應釩酸鉍光催化劑的制備方法，具體按照以下步驟實施步驟1 將一定量的五水硝酸鉍溶解于質量濃度為65%的硝酸溶液，得到溶液A， 其中五水硝酸鉍和硝酸的質量比為1 5 10;將一定量的偏釩酸銨溶解于摩爾濃度為 5mol/L的氫氧化鈉溶液，得到溶液B，其中偏釩酸銨和氫氧化鈉溶液的質量比為1 30 50 ；將一定量的溶液A和溶液B混合均勻得到溶液C，其中溶液C中Bi元素和V元素的摩爾比為1 1。將C溶液轉移至水熱反應釜，并置于微波反應器中利用微波加熱至150 250°C微波水熱處理0. 5 3h，取出后自然冷卻至室溫，將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3次，于80°C干燥12h，得到釩酸鉍粉體。步驟2 配制濃度為0. 001 0. lmol/L的氟化物溶液D ；配制濃度為0. 001 0. lmol/L 的銨鹽溶液 E。按照 BiV0(4_x_y)FxNy(0. 01^x^0.1,0.01^x^0. 1)的化學計量比將步驟1得到的釩酸鉍粉體、溶液D、溶液E混合均勻得到懸浮液F，將懸浮液F轉移至水熱反應釜，并置于微波反應器中利用微波加熱至150 250°C微波水熱處理0. 5 池，取出后自然冷卻至室溫，將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3次，于80°C干燥12h，得到F、 N 共摻雜的可見光響應 BiV0(4_x_y)FxNy(0. 01 ^ χ ^ 0. 1,0.01 ^ χ ^ 0. 1)光催化劑。本發明中氟化物可以是氟化鈉、氟化鋰等可溶性氟化物的一種或多種組合。銨鹽可以是碳酸氫銨、氯化銨等可溶性銨鹽的一種或多種組合。提高釩酸鉍光催化劑光催化活性的關鍵是提高光生電子空穴的遷移效率，減少復合幾率。通過非金屬離子的摻雜能有效提高界面處電子的捕獲能力，增強電子空穴的遷移效率。本發明就是通過F、N共摻雜釩酸鉍以實現催化活性的提高，一方面，F、N共摻雜可以增加釩酸鉍晶體中氧空位的濃度，另一方面可以使光生電子空穴的遷移效率提高。實施例1將2. 43g五水硝酸鉍溶解于12. 15g濃度為65%的硝酸溶液；將0. 585g偏釩酸銨溶液于17. 55g濃度為5mol/L的氫氧化鈉溶液；將上述兩種溶液混合均勻移至水熱反應釜， 并置于微波反應器中利用微波加熱至150°C微波水熱處理0. 5h，取出后自然冷卻至室溫， 將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3次，于80°C干燥12h，得到釩酸鉍粉體。稱取釩酸鉍粉體1. 62g、50mL濃度為0. 001mol/L的氟化鈉溶液、50mL濃度為0. 001mol/L的碳酸氫銨溶液混合均勻轉移至水熱反應釜，并置于微波反應器中利用微波加熱至150°C微波水熱處理0. 5h，取出后自然冷卻至室溫，將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3次，于80°C干燥 12h，得到F、N共摻雜的可見光響應BiVO198FacilNatll光催化劑。實施例2將2. 43g五水硝酸鉍溶解于12. 15g濃度為65%的硝酸溶液；將0. 585g偏釩酸銨溶液于17. 55g濃度為5mol/L的氫氧化鈉溶液；將上述兩種溶液混合均勻移至水熱反應釜， 并置于微波反應器中利用微波加熱至250°C微波水熱處理3h，取出后自然冷卻至室溫，將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3次，于80°C干燥12h，得到釩酸鉍粉體。稱取釩酸鉍粉體16. 2g、50mL濃度為0. Imol/L的氟化鈉溶液、50mL濃度為0. lmol/L的碳酸氫銨溶液混合均勻轉移至水熱反應釜，并置于微波反應器中利用微波加熱至150°C微波水熱處理0. 5h， 取出后自然冷卻至室溫，將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3次，于80°C干燥12h，得到 F、N共摻雜的可見光響應BiVOn8FaiNai光催化劑。實施例3將2. 43g五水硝酸鉍溶解于24. 3g濃度為65 %的硝酸溶液；將0. 585g偏釩酸銨溶液于四.25g濃度為5mol/L的氫氧化鈉溶液；將上述兩種溶液混合均勻移至水熱反應釜， 并置于微波反應器中利用微波加熱至150°C微波水熱處理0. 5h，取出后自然冷卻至室溫， 將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3次，于80°C干燥12h，得到釩酸鉍粉體。稱取釩酸鉍粉體1. 62g、50mL濃度為0. 001mol/L的氟化鈉溶液、50mL濃度為0. 001mol/L的碳酸氫銨溶液混合均勻轉移至水熱反應釜，并置于微波反應器中利用微波加熱至150°C微波水熱處理0.證，取出后自然冷卻至室溫，將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3次，于80°C干燥 12h，得到F、N共摻雜的可見光響應BiVO198FacilNatll光催化劑。實施例4將2. 43g五水硝酸鉍溶解于24. 3g濃度為65 %的硝酸溶液；將0. 585g偏釩酸銨溶液于四.25g濃度為5mol/L的氫氧化鈉溶液；將上述兩種溶液混合均勻移至水熱反應釜，并置于微波反應器中利用微波加熱至250°C微波水熱處理池，取出后自然冷卻至室溫，將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3次，于80°C干燥12h，得到釩酸鉍粉體。稱取釩酸鉍粉體16. 2g、50mL濃度為0. lmol/L的氟化鈉溶液、50mL濃度為0. lmol/L的碳酸氫銨溶液混合均勻轉移至水熱反應釜，并置于微波反應器中利用微波加熱至150°C微波水熱處理0. 5h， 取出后自然冷卻至室溫，將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3次，于80°C干燥12h，得到 F、N共摻雜的可見光響應BiVOn8FaiNai光催化劑。實施例5
將2. 43g五水硝酸鉍溶解于12. 15g濃度為65%的硝酸溶液；將0. 585g偏釩酸銨溶液于17. 55g濃度為5mol/L的氫氧化鈉溶液；將上述兩種溶液混合均勻移至水熱反應釜， 并置于微波反應器中利用微波加熱至150°C微波水熱處理0. 5h，取出后自然冷卻至室溫， 將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3次，于80°C干燥12h，得到釩酸鉍粉體。稱取釩酸鉍粉體1. 62g、50mL濃度為0. 001mol/L的氟化鈉溶液、50mL濃度為0. 001mol/L的碳酸氫銨溶液混合均勻轉移至水熱反應釜，并置于微波反應器中利用微波加熱至250°C微波水熱處理池，取出后自然冷卻至室溫，將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3次，于80°C干燥 12h，得到F、N共摻雜的可見光響應BiVO198FacilNatll光催化劑。實施例6將2. 43g五水硝酸鉍溶解于24. 3g濃度為65%的硝酸溶液；將0. 585g偏釩酸銨溶液于29. 25g濃度為5mol/L的氫氧化鈉溶液；將上述兩種溶液混合均勻移至水熱反應釜， 并置于微波反應器中利用微波加熱至250°C微波水熱處理3h，取出后自然冷卻至室溫，將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3次，于80°C干燥12h，得到釩酸鉍粉體。稱取釩酸鉍粉體16. 2g、50mL濃度為0. lmol/L的氟化鈉溶液、50mL濃度為0. lmol/L的碳酸氫銨溶液混合均勻轉移至水熱反應釜，并置于微波反應器中利用微波加熱至250°C微波水熱處理3h， 取出后自然冷卻至室溫，將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3次，于80°C干燥12h，得到 F、N共摻雜的可見光響應BiVO3.98Fq.凡」光催化劑。
權利要求
1.F、N共摻雜可見光響應釩酸鉍光催化劑，其特征在于，其化學組成通式為BiV0(4_x_y) FxNy, 0. 01 彡 χ 彡 0· 1，0· 01 彡 χ 彡 0. 1。
2.F、N共摻雜可見光響應釩酸鉍光催化劑的制備方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施步驟1 將一定量的五水硝酸鉍溶解于質量濃度為65%的硝酸溶液，得到溶液A，將一定量的偏釩酸銨溶解于摩爾濃度為5mol/L的氫氧化鈉溶液，得到溶液B，將一定量的溶液A 和溶液B混合均勻得到溶液C，將溶液C轉移至水熱反應釜，并置于微波反應器中利用微波加熱至150 250°C微波水熱處理0. 5 池，取出后自然冷卻至室溫，將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3次，于80°C干燥12h，得到釩酸鉍粉體；步驟2 配制濃度為0. 001 0. lmol/L的氟化物溶液D ；配制濃度為0. 001 0. Imol/ L的銨鹽溶液E，按照BiV0(4_x_y)FxNy，0. 01^x^0.1,0.01^x^0.1,的化學計量比將步驟1得到的釩酸鉍粉體、溶液D、溶液E混合均勻得到懸浮液F，將懸浮液F轉移至水熱反應釜，并置于微波反應器中利用微波加熱至150 250°C微波水熱處理0. 5 池，取出后自然冷卻至室溫，將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3次，于80°C干燥12h，得到F、N共摻雜可見光響應釩酸鉍光催化劑。
3.根據權利要求2所述的F、N共摻雜可見光響應釩酸鉍光催化劑的制備方法，其特征在于，所述的氟化物選用氟化鈉、氟化鋰中的一種或兩種的混合物。
4.根據權利要求2所述的F、N共摻雜可見光響應釩酸鉍光催化劑的制備方法，其特征在于，所述的銨鹽選用碳酸氫銨、氯化銨中的一種或兩種的混合物。
5.根據權利要求2所述的F、N共摻雜可見光響應釩酸鉍光催化劑的制備方法，其特征在于，所述的溶液A中五水硝酸鉍和硝酸溶液的質量比為1 5 10。
6.根據權利要求2所述的F、N共摻雜可見光響應釩酸鉍光催化劑的制備方法，其特征在于，所述的溶液B中偏釩酸銨和氫氧化鈉溶液的質量比為1 30 50。
7.根據權利要求2所述的F、N共摻雜可見光響應釩酸鉍光催化劑的制備方法，其特征在于，所述的溶液C中Bi元素和V元素的摩爾比為1 1。
全文摘要
本發明公開的F、N共摻雜的可見光響應釩酸鉍光催化劑及其制備方法，光催化劑的化學組成通式為BiVO(4-x-y)FxNy，0.01≤x≤0.1，0.01≤x≤0.1，其制備步驟包括采用微波輔助加熱的水熱法制備釩酸鉍粉體；以可溶性氟化物和可溶性銨鹽的形式引入F和N，將得到的釩酸鉍粉體經二次微波輔助的水熱法處理后得到F、N共摻雜的可見光響應光催化劑。本發明制備的光催化劑具有可見光響應能力，能夠在可見光照射下高效光催化降解有毒有機污染物。
文檔編號A01P1/00GK102489324SQ20111036613
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月18日 優先權日2011年11月18日
發明者何選盟, 劉輝, 朱振峰, 李軍奇, 王德方, 郭占云 申請人:陜西科技大學