[发明专利]一种α-Fe2O3/FeVO4 复合光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于功能材料领域，涉及一种α-Fe₂O₃/FeVO₄复合光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

以半导体材料为催化剂的光催化氧化法是近年来兴起的技术，具有高效节能，无二次污染，经济等优点。光催化氧化法主要是应用半导体材料作光催化剂，在一定光照条件下，半导体表面产生电子–空穴对，吸附在半导体表面的溶解氧、水分子等在电子–空穴对的作用下产生氧化性极强的自由基，与水中的污染物发生反应，使之部分或全部矿化，最终达到净化废水的目的。

为了促进光催化剂在环境废水治理方面的应用，研究者致力于开发新型光催化剂，其中，对钒酸盐（如：BiVO₄，Ag₃VO₄和InVO₄等）光催化剂材料的研究得到广泛关注。FeVO₄晶体具有四种晶型结构：三斜型、正交（I）型、正交（Ⅱ）型和单斜型。其中三斜型在常压下制得，而其它3种晶型需要在高压条件下方能制得。三斜型的FeVO₄具有特殊的链结构，Fe-O多面体通过共棱形成了一个独特的六倍体积的双弯曲链，与VO₄四面体相结合，形成了FeVO₄的三维网络结构。这种层状的结构具有一定的层隙空间，可以作为光反应的活化区域，有利于光催化反应的进行。结构中的夹层有可能成为与光生电子结合的受体，从而有效地减少了电子和空穴的复合，最终提高反应的光量子效率。

目前，有关制备FeVO₄的报道还比较少，现有的FeVO₄的制备方法主要有高温固相反应法、水热合成法和液相合成法。其中：水热合成法制得样品属于正交型(Ⅰ，Ⅱ)；Deng等利用湿化学法制备得到FeVO₄粉体，煅烧温度达到500℃才出现较弱的FeVO₄特征峰。Hayashibara等则通过高温固相反应法，将Fe₂O₃和V₂O₅按1:l的物质的量比混合，在200MPa压力下，压成小球。再把小球置于650℃下保温6h，可制得三斜晶型的FeVO₄。但这种方法所合成的FeVO₄粉体，颗粒尺寸粗大，分布不均匀，粉体易团聚且比表面积较小，不利于光催化剂性能的提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种α-Fe₂O₃/FeVO₄复合光催化剂及其制备方法和应用，该方法反应时间短，工艺流程简单，制得的α-Fe₂O₃/FeVO₄复合光催化剂具有良好的紫外光光催化活性，能够应用于降解有机物。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种α-Fe₂O₃/FeVO₄复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将FeCl₃·6H₂O溶于水中，搅拌均匀，得溶液A；将NH₄VO₃溶于80～90℃的水中，搅拌均匀，得溶液B；按照Fe与V的摩尔比为1:1将溶液B加入到溶液A中，搅拌均匀，得到混合液;

步骤2：调节混合液的pH值为5～8；

步骤3：将调节了pH值后的混合液放入水热反应釜中，密封水热反应釜；

步骤4：将水热反应釜放入加热设备中，从室温升温到210～230℃，再在210～230℃保温14～16h，然后自然冷却至室温；

步骤5：将水热反应釜中生成的沉淀取出，洗涤、干燥，得到α-Fe₂O₃/FeVO₄复合光催化剂。

所述溶液A中FeCl₃·6H₂O的浓度为0.08～0.12mol/L，溶液B中NH₄VO₃的浓度为0.08～0.12mol/L。

所述步骤1中搅拌均匀所需的时间为20～30min。

所述步骤2中用NaOH溶液调节混合液的pH值，NaOH溶液的浓度为4～6mol/L。

所述步骤3中水热反应釜的填充度为60%～70%。