[发明专利]一种碳纳米管-纳米钒酸铋复合光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米钒酸铋复合光催化剂的制备领域，特别涉及一种碳纳米管-纳米钒酸铋复合光催化剂的制备方法。

背景技术

近年来，以二氧化钛(TiO₂)为核心代表的光催化技术在环境污染治理领域，特别是在难生物降解废水处理和空气净化中的应用越来越广泛，但由于其带隙较宽，仅能够在紫外光照射下才具有光催化作用，从而限制了其应用领域的进一步扩大。为了能够提高TiO₂对太阳光的利用效率，国内外很多专家学者围绕着可见光响应的TiO₂光催化剂展开了大量的研究工作，主要针对TiO₂光催化剂表面结构改性、无机元素和金属元素掺杂改性等，旨在扩大其光谱响应范围，提高其可见光催化活性。尽管如此，经过改性的TiO₂光催化剂在目前阶段仍然存在着可见光催化活性不理想，光降解能力较差等问题，导致其实用性较差。

最近的研究发现，具有单斜晶系白钨矿结构的复合氧化物钒酸铋(BiVO₄)在可见光照射下就具有光催化活性，能够分解水分子产氧和降解有机污染物，是一种潜在的光催化剂。然而，BiVO₄的吸附性能很差，而且产生的光生载流子难以迁移，容易复合，从而影响了其可见光活性。目前关于针对BiVO₄的复合改性和掺杂的研究报道较少，另外关于将其负载于吸附性能好的多孔材料，如活性炭等的报道也不多，因此，如何增强其在可见光范围内的吸收，以及提高其可见光催化活性，是目前研究开发BiVO₄高效光催化剂的主要研究重点。

污水处理常规方法主要有：物理分离法、生物降解法、化学分解法等，但这些方法都存在一定的局限性，因此，研究人员开始致力于开发高效、低能耗、适用范围广和有深度氧化能力的水净化技术。近年来，很多学者将TiO₂用于光催化降解水体中的有机污染物，虽然取得了一定的效果，但由于其光响应范围的限制，导致处理效果往往不够理想。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种碳纳米管-纳米钒酸铋复合光催化剂的制备方法，该方法操作简单易行，对设备的要求低，制备的碳纳米管粉体钒酸铋分布均匀，能够在紫外光和可见光条件下高效降解持久性有毒有害物质。

一种碳纳米管-纳米钒酸铋复合光催化剂的制备方法，包括：

(1)将铋盐、稳定剂加入到磷酸盐缓冲液中，搅拌形成悬浊液；将偏钒酸盐溶解到磷酸盐缓冲液中，然后再加入到上述悬浊液中，搅拌形成透明溶液；其中铋盐和偏钒酸盐的物质的量浓度均为0.05～0.25mol/L，稳定剂的物质的量浓度为0.01～0.05mol/L；

(2)用碱性溶液调节上述透明溶液的pH值为6.0～8.0，然后维持在40～100℃温度下加入碳纳米管，搅拌至混合均匀后离心、过滤、洗涤，再放入马弗炉中，在250～400℃下焙烧3～6h，最后经冷却研磨，即得；其中加入的碳纳米管与铋盐的质量比为2～10∶1。

步骤(1)中所述的搅拌形成悬浊液的搅拌时间为30～60min。

步骤(1)中所述的铋盐为硝酸铋、氯化铋或醋酸铋。

步骤(1)中所述的稳定剂为葡萄糖酸钠、乙二胺四乙酸二钠或丁烷四羧酸。

步骤(1)中所述的偏钒酸盐为偏钒酸钠、偏钒酸钾或偏钒酸铵中。

步骤(1)中所述的铋盐和偏钒酸盐的摩尔比为1∶1。

步骤(1)中所述的磷酸盐缓冲液由物质的量浓度为0.05mol/L的磷酸二氢钾和0.035mol/L的氢氧化钠组成。

步骤(2)中所述的碱性溶液为浓度1.0～3.0mol/L的氢氧化钠或氢氧化钾水溶液。

碳纳米管本身是一种性能良好的吸附剂，具有比表面积大和吸附能力强等特点，在水处理应用中还能够同时达到吸附去除重金属离子等无机污染物的有益效果。本发明利用碳纳米管独特的层状中空结构特征、比表面积大、吸附能力强等特点，结合BiVO₄的可见光催化活性，成功地制备出具有高催化活性可见光响应的碳纳米管-纳米BiVO₄光催化材料，并且将其应用于生物难降解废水的深度处理，可以实现对水中有机污染物的高效去除，特别是对常规处理难以有效去除的持久性微污染物，而且无二次污染问题。

有益效果

(1)本发明制备方法简单易行，对设备的要求低，可操作性好；

(2)本发明制备的碳纳米管粉体钒酸铋分布均匀，能够在紫外光和可见光条件下高效降解持久性有毒有害物质，利用简便且可回收再生。