[发明专利]具有纳米空心结构的BiVO4光催化材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及BiVO₄光催化材料的制备方法，尤其涉及一种具有纳米空心结构的BiVO₄光催化材料的制备方法。

背景技术

随着工业的快速发展，环境污染已成为制约人类可持续发展的重大问题。在我国，每年废水的总排放量已高达400亿吨，虽然大多数工厂都对排放的废水进行了处理，但城市86%河段依然被重金属或有机物污染，在种类繁多的污染物中，有机污染物成为一种很难有效降解的物质，成为水体重点污染源，例如染料、表面活性剂、含氯有机物以及苯酚等。在众多的有机污染物中，染料已成为水体环境污染常见有机污染源之一。染料废水具有有机物含量高、色度纯、助剂成分多、成分复杂等特点，所以一直是工业废水处理的技术难点。光催化技术是一种清洁、绿色环保的新技术，在处理染料废水方面具有独特的优势。然而以TiO₂为代表的传统光催化材料由于宽的带隙（3.2eV），只能吸收利用约占太阳光4.5%的紫外光，而对占太阳光40–50%的可见光却不能吸收利用。因此，有必要研制新的、可见光响应的光催化材料。

近年来，人们发现BiVO₄是一种可见光响应的光催化材料，在可见光照射下能光催化降解有机污染物（L. Zhou et al., J. Mol. Catal. A: Chem., 252 (2006) 120–124）。研究结果表明，BiVO₄的晶体结构和形貌特征对其光催化性能具有重要影响。其中，单斜相BiVO₄表现出最好的光催化性能。在BiVO₄形貌控制方面，人们做了大量的研究。例如：中科院大连化物所的李灿课题组以TiCl₃为引导剂，通过调节pH值，制备了片状BiVO₄，其光催化分解水生产O₂的性能明显增强（D. Wang et al., Chem. Eur. J., 17 (2011) 1275–1282）。申请号为200910243645.7的中国专利公布了一种以氯代十六烷基吡啶为表面活性剂辅助的醇水热法制备花状BiVO₄微米粒子的方法。Fan等人以PVP K30为表面活性剂通过水热法合成了不同形貌的单斜相BiVO₄，发现花状的BiVO₄在光催化降解亚甲基蓝染料时活性最高，原因归属于花状形貌具有大的比表面积（H. Fan et al., Appl. Surf. Sci., 257 (2011) 7758–7762）。而空心结构往往表现出更大的比表面积，因此，人们探索通过多种方法制备孔状BiVO₄。Jiang等人以十二胺、油胺、油酸为表面活性剂，以乙醇或乙二醇为溶剂，通过溶剂热法合成了具有橄榄球状介孔BiVO₄，在可见光照射下对苯酚的降解率达到了95%（H. Jiang et al., Appl. Catal., B, 105 (2011) 326–334，中国专利CN 102502821 B）。Li等人以介孔硅KIT-6为硬模板制备了有序介孔BiVO₄，发现其在可见光照射下对亚甲基蓝染料具有高的光催化降解特性（Chem. Mater., 20 (2008) 3983–3992）。申请号为200910243644.2的中国专利公开了一种以PVP为表面活性剂辅助水热法制备空心球多孔BiVO₄微米粒子的方法。授权号为CN 102303906 B的中国专利公开了一种利用PMMA微球为硬模板，以抗坏血酸为表面活性剂，煅烧后制备出具有三维有序大孔形貌BiVO₄的方法。申请号为201310118511.9的中国专利公布了一种以纳米碳纤维为模板，然后煅烧除去模板制得具有有序宏观结构的纳米多孔BiVO₄的方法。

然而，应当指出的是，文献和专利中公布的合成具有孔状结构BiVO₄的方法往往需要加入有机表面活性剂或模板，这些外引的表面活性剂或模板一般较难完全去除，会残留在BiVO₄表面，不利于光催化反应。

迄今为止，还没有在无表面活性剂和无模板条件下制备具有空心结构BiVO₄的文献和专利。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种在无表面活性剂、无模板条件下制备具有纳米空心结构的BiVO₄光催化材料的制备方法。