[发明专利]一种钒酸铈/改性凹凸棒石上转换异质结光催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明属于光催化剂技术领域，特别涉及一种钒酸铈/改性凹凸棒石上转换异质结光催化剂的制备方法及其应用。该催化剂以磷酸改性处理的凹凸棒石为主体，将硝酸铈，偏钒酸铵，EDTA和改性后的凹凸棒石加入去离子水，加热搅拌后将转移至微波水热反应釜中，置于微波水热化学反应仪中反应，然后离心，洗涤，干燥后得到成品。本发明使用磷酸改性凹凸棒石拓宽了光吸收范围，与具有上转换发光性质的半导体光催化剂钒酸铈构造异质结，不仅使近红外光转化上转换为紫外‑可见光，提高了光的吸收利用率，而且可以使光生电子‑空穴对可以得到有效的分离，能够有效的降解苯乙烯，在挥发性有机化合物降解领域具有较大的应用价值。

技术领域

本发明属于光催化剂技术领域，涉及到磷酸改性凹凸棒石和具有上转换发光性质的钒酸铈构建异质结作为活性组分的纳米材料、制备方法及其光催化降解苯乙烯应用。

背景技术

挥发性有机物(volatile organic compounds，VOCs)是一类重要空气污染物，是形成光化学烟雾、灰霾的前体物。VOCs种类繁多，包括烷类、烯烃、卤代烃、酯类、醛类、酮类和芳香族化合物等，主要来源于制药、石油化工、印刷等行业。 VOCs具有强烈刺激作用，对人体和动植物具有强烈的致癌、致畸作用，在光照下会发生反应生成光化学烟雾和二次污染物，严重危害人类身体健康和生态环境。因此，对存在于环境中的VOCs的去除研究具有十分重要意义。

光催化技术具有能耗低，反应条件温和，无二次污染等特点，在大气环境治理方面具有很大的发展潜力。凹凸棒石(ATP)又称坡缕石，是一种天然1-D纤维形态的富镁硅酸盐粘土矿物，呈针状或纤维状。由于其具有较大的比表面积、带负电荷的特性和表面微弱的碱性，具有诱导金属盐类水解的作用，因此凹凸棒石作为活性组分的载体在传质和反应活性协同方面具有巨大的空间。凹凸棒体内含有半导体性质的氧化铁使其具有半导体性质，在紫外光区有良好的光响应，可以作为半导体光催化剂。文献1(Chen,et al,Journal ofAlloys and Compounds 2016 663 204-210)报道了单体CeVO₄通过黑体辐射作用可以收获近红外光子，具有上转换发光的性质。文献2(Liu et al,RSC Adv.,2016,6,85779-85786)报道了钒酸铈作为一种对可见光响应的半导体光催化剂，通过与还原氧化石墨烯复合，对染料具有优异的光催化降解效果。

由于以上特性，本研究以磷酸改性凹凸棒石为基体，通过微波水热法制备钒酸盐/改性凹凸棒石上转换异质结复合光催化剂，不仅充分利用了近红外光，拓宽了光的吸收利用率，而且可以使光生电子-空穴对可以得到有效的分离，能够对挥发性有机物进行有效的催化降解。

发明内容

为了解决光催化剂光吸收利用效率低的技术问题，本发明提供了一种快速简便的方法—微波水热法合成钒酸铈/改性凹凸棒石上转换异质结材料，通过优化原料配比、水热温度和水热时间等工艺参数得到光吸收效果最好的复合材料，使其光催化催化降解效果最好。本发明复合材料的组成通式为：CeVO₄/H-ATP。本发明采用如下技术手段来解决上述技术问题：

本发明涉及一种钒酸铈/改性凹凸棒石上转换异质结光催化材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)取纯化过的凹凸棒石粘土加入到质量分数30％磷酸溶液中，超声分散后置于70℃的水浴锅中，进行10h搅拌处理后过滤，洗涤，干燥得到改性凹凸棒石；其中，磷酸溶液的体积与凹凸棒石的质量之比为：100mL：1g。