[发明专利]微波法制备八面体纳米尺寸的钒酸铋光催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明属于环境材料制备技术领域，涉及利用微波法制备形貌均一的纳米材料，尤其涉及微波法制备八面体纳米尺寸的钒酸铋光催化剂的方法。

背景技术

环丙沙星属于喹诺酮类药物，具有较强的抗菌能力和广谱杀菌的特点，广泛用于人类医疗以及在动物养殖中作为防病治病、提高饲料利用率和促进动物生长。但是其抗药性及其副作用也同时严重影响人们的生活，长时间的低含量的积累容易产生抗药性；研究表明环丙沙星具有严重的肝肾毒性，直接威胁到人们的生命健康。所以合理处理生活废水中的抗生素医药废水是比较重要的一个环节。但是传统的污水处理技术对抗生素废水的处理效果不理想，在目前水生系统报道中，只有少数的抗生素能在试验条件下部分被生物降解，大多数仍然残留在水环境中。目前，半导体光催化技术已广泛应用于环境中的抗生素废水处理。

半导体光催化技术是近几十年来新兴研究领域的一个热点，研究发现BiVO₄是一种多晶型化合物，主要有3中晶相结构：单斜白钨矿结构、四方白钨矿结构和四方锆石结构，而且BiVO₄的光催化活性主要取决于其晶相结构，其中单斜白钨矿结构光催化活性最高。单斜晶相BiVO₄禁带宽度为2.3-2.4eV，作为一种可见光响应型催化剂已经引起研究者的广泛关注。因此，近年来大量的研究工作已经转向制备性能优异的纳米钒酸铋光催化剂。目前多种形貌的BiVO4纳米材料已被成功合成出来，包括纳米片、纳米球、纳米棒、纳米花。目前报道的钒酸铋合成方法有：固相法、溶剂/水热法、沉淀法等。固相法是将含氧铋盐和钒盐在高温下熔融反应生成钒酸铋；沉淀法是将偏钒酸铵和硝酸铋溶液混合通过调节混合液pH值形成钒酸铋，然而沉淀法制备的钒酸铋是四方相，要制备单斜晶相钒酸铋还要经过高温煅烧过程以实现晶相的转化；水热法是将硝酸铋溶液和偏钒酸铵溶液在高温高压条件下反应形成钒酸铋，要形成单斜晶相钒酸铋温度必须高于180℃。因此目前传统的钒酸铋的合成方法都需要高温处理过程，高温过程不仅提高了材料的生产成本而且会使材料表面形成很多缺陷，而这些缺陷将会成为光生电子空穴对的复合中心，从而降低了材料的光催化性能，而且传统方法的反应时间长，制备过程繁琐。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、合成温度低且对环丙沙星降解具有良好降解能力的纳米尺寸钒酸铋八面体的制备方法。

为了实现上述任务，本发明采用以下的技术方案：

一种微波法制备八面体纳米尺寸的钒酸铋光催化剂的方法，包括以下步骤：

步骤一，将无水硝酸铋和偏钒酸铵按物质的量比为1:1的比例加入至稀硝酸溶液中，均匀搅拌；

步骤二，将十二烷基苯磺酸钠溶于去离子水中并充分溶解，将该溶解后的溶液加入到步骤一获得的混合液中，使十二烷基苯磺酸钠和无水硝酸铋的物质的量比为（0.028～0.56）:1，搅拌成均匀混合体系。

步骤三，将混合体系转移至三口烧瓶中，在温度100℃、功率800w、转速2000r/min的条件下，微波辐射反应0.5～6小时，自然冷却后得到反应产物；

步骤四，将步骤三得到的反应产物进行离心分离，将离心后得到的沉淀物依次用丙酮、去离子水和无水乙醇洗涤各一次；然后重复这个洗涤过程3～4次；

步骤五，将洗涤后获得的产物在真空干燥箱内60℃条件下干燥9～12h得到钒酸铋。

如上述方法制备的钒酸铋用于制备光降解环丙沙星的催化剂的应用。

为了检验本发明制备的钒酸铋的光催化活性，对其进行光催化降解环丙沙星试验。在GHX-2型氙灯光催化仪中进行可见光照射，将100mL质量浓度为10mg/L的环丙沙星模拟废水加入反应器中，然后加入本发明方法制备的BiVO₄催化剂0.1g，磁力搅拌，暗吸附30min后，取第一个样品；然后开启曝气装置通入空气保持催化剂处于悬浮或飘浮状态，光照过程中间隔10min取样分析，离心分离后取上层清液在分光光度计λmax=278nm处测定吸光度，并通过公式：DC=[（A₁-A_i）/A₁]×100%算出降解率，其中A1为达到吸附平衡时环丙沙星溶液的吸光度，A_i为定时取样测定的环丙沙星溶液的吸光度；用60min内环丙沙星的降解程度来评价钒酸铋的光催化活性。

本发明的技术优点：