[发明专利]铋掺杂的钒酸钇半导体用于光催化降解乙烯

说明书

技术领域

本发明涉及一种铋掺杂的钒酸钇半导体光催化降解乙烯的净化技术，铋掺杂的钒酸钇半导体光催化剂在较宽的光谱范围内具有光催化活性，能够在太阳光辐照下高效光催化氧化乙烯气体，达到乙烯净化的目的。属于无机纳米光催化材料领域。

背景技术

我国是果蔬生产和消费大国，果蔬产量和人均消耗量一直稳居世界前列。然而由于果蔬储藏技术较差，大量果蔬在运输和储存过程中腐烂变质或品质变差，每年给国家和农民造成高达数百亿的经济损失。乙烯气体作为一种果蔬催熟剂，在果蔬的生长和储藏中起着重要的作用。果蔬采摘前，乙烯在加快果蔬的生长和催熟方面起着积极作用。然而果蔬成熟采摘后，乙烯却起着负面作用。果蔬采摘后一般采用低温冷藏来延长果蔬的储藏时间。但即使在低温环境中，少量的乙烯也会严重影响到果蔬的储藏，使果蔬品质劣化，加速果蔬腐烂、扰乱果蔬的生理活动、缩短果蔬的储藏时间。因此消除果蔬输运和储藏环境中的乙烯，延长果蔬保鲜期具有非常重要的经济价值。

目前消除环境中乙烯的主要方法有物理吸附法、强氧化剂氧化法、热催化氧化法和光催化氧化法。其中物理吸附法主要采用分子筛和活性炭等，但是这些的物质吸附能力有限，高温或低压下容易发生脱附，其处理气体总量比较有限。强氧化剂氧化法中采用的强氧化剂主要有高锰酸钾和臭氧，这两种氧化剂虽然成本较低容易获得，但是它们需要经常更换，而且容易造成污染，易对人体和环境造成伤害。热催化氧化法具有很高的催化效率且可处理大流量乙烯混合气体，但是热处理温度一般在250℃左右，耗能较大且催化剂上负载的贵金属成本较高，不利于大规模推广应用。光催化氧化法是在太阳光的辐照下光催化剂将乙烯催化氧化，该法设备工艺简单，绿色环保，具有广阔的市场前景。

目前光催化氧化乙烯的研究中报道较多的是TiO₂光催化剂，但是其带隙较宽，对太阳光的利用率不高且量子效率较低，光催化氧化乙烯的能力较弱。因此开发高效、稳定的新型乙烯光催化净化材料具有重大意义。铋掺杂的钒酸钇半导体被发现具有优异的光催化性能，在光解水等方面有少许文献报道。据有关查新资料证明：迄今为止，将铋掺杂的钒酸钇半导体用于光催化乙烯净化的研究工作国内外尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于将铋掺杂钒酸钇半导体用于光催化降解环境中的乙烯气体，铋掺杂的钒酸钇光催化剂对乙烯的光催化净化具有很好的光催化活性和稳定性。

本发明的技术方案如下，其特征在于：

铋掺杂的钒酸钇半导体用于光催化降解乙烯。所述铋掺杂的钒酸钇半导体化学式为Bi_xY_yVO_z，其中0.05≦x≦0.25，0.75≦y≦0.95，3.95≦z≦4.05。

本发明促进了光催化降解乙烯净化技术的实用化。

附图说明

图1为铋掺杂的钒酸钇光催化剂在模拟太阳光下固定床降解乙烯气体的数据图，图中：

曲线1:0.3g/L的钒酸铋，

曲线2：0.3g/L的钒酸钇，

曲线3：0.3g/L的铋掺杂的钒酸钇(由实施例1中制备)。

图2为由实施例2中制备的铋掺杂的钒酸钇光催化剂在模拟太阳光下流动床降解乙烯气体的数据图。

具体实施方式

以下结合附图具体说明本发明的技术方案和效果。

实施例1：

称取1.628g硝酸钇和0.364g硝酸铋，溶解到50mL乙酸和水混合溶液中，待其完全溶解后加入5.006g乙酰丙酮和7.010g乙酰丙酮搅拌1小时。称取0.585g偏钒酸铵，溶解到50mL热水溶液中，待其完全溶解后加入到上述溶液中，加热搅拌至回流，溶液由浅黄色变为红褐色，保持3小时，之后冷却至室温。取适量该溶液置于真空恒温干燥箱中，60℃蒸干，再研磨成粉末后放入马弗炉中550℃焙烧3小时，即得到铋掺杂的钒酸钇光催化剂。

本发明的光催化剂固定床降解乙烯气体的光催化性能测试，在模拟太阳光下进行。实验过程如下：

称取上述铋掺杂的钒酸钇光催化剂0.15g，平铺到体积为450mL的光反应器底部，将反应器密封。用气体微量提取器向光反应器中注入90μL高纯乙烯气体。将反应器避光保持2小时，气体达到吸附脱附平衡，之后开启300W氙灯光源。每隔10分钟取样，采用气相色谱仪检测反应器中乙烯气体浓度的变化，乙烯的降解率为：乙烯的初始浓度减去当前乙烯的浓度，然后除以乙烯的初始浓度(即((C₀-C)/C₀)。