[发明专利]一种可见光响应的蓝蓟头花型钒酸铈催化剂的制备及其应用

说明书

本发明提供了一种可见光响应的蓝蓟头花型钒酸铈催化剂的制备及其应用。具体制备方法为：将硝酸铈Ce(NO₃)₃·6H₂O加入丙三醇和乙二醇的混合溶液中，磁力搅拌至溶解；将偏钒酸铵NH₄VO₃加入到蒸馏水中，磁力搅拌至溶解；上述溶液混合后，调节pH值，超声后，倒入水热反应釜中，在100～200℃下反应2～10h；冷却室温后，样品经过离心、洗涤、干燥和焙烧，即得到类蓝蓟头花型钒酸铈。此催化剂在可见光照射下，5h内实现目标污染物左氧氟沙星完全降解。该方法合成路线简单易控，形貌重现性好，适用于工业大批量生产的需求。

技术领域

本发明涉及一种可见光响应的蓝蓟头花型钒酸铈催化剂的制备及其应用，属于环境化工光催化水处理技术领域，特别涉及可见光处理抗生素污染废水。

背景技术

左氧氟沙星是第三代氟喹诺酮类广谱抗菌药，在低剂量添加时可以促进畜禽的生长，而高剂量使用时又可以用来治疗疾病，因此成为生产量和畜禽养殖业使用量较大的抗生素。然而，左氧氟沙星进入到动物体内后，绝大部分以原药或代谢产物进入水体，给水体严重的污染。因此，如何高效消除抗生素以提高水环境质量已引起许多国家的关注。抗生素废水成本复杂、COD_Cr浓度高、生物降解难、污染性强等特点，一直是废水处理中的难题。抗生素废水处理方法包括吸附法、膜分离法、光催化氧化法、电化学氧化法、超声波降解法等。其中，光催化氧化法以清洁的太阳能为能源，可以将污染物彻底降解，因此受到广泛关注。目前，研究和应用最为广泛的光催化剂是TiO₂，但此催化剂只对约占4％太阳光中的紫外光有响应，而对约占43％可见光没有响应。为了更好的利用太阳能中的可见光，方法之一就是研发出新型的具有可见光相应的光催化材料。

钒酸铈基材料由于其独特的光、电和氧化还原特性而在发光材料、气体传感器、氧化催化剂和固体燃料电池电极等领域得到了广泛的应用。

钒酸铈最常用的合成方法包括水热法、溶剂热法、沉淀法、溶胶-凝胶法和微乳液法。其中溶剂热法、沉淀法、溶胶-凝胶法和微乳液法制得的纳米晶形貌较难控制，形貌不规则，均匀性较差。水热法可以通过对表面活性剂、反应温度、反应压力和反应时间等参数控制反应过程和晶体的生长，达到调控产物形貌和尺寸的目的，制备理想的纳米材料。如Anukorn Phuruangrat等通过加入PEG表面活性剂可以获得纳米正方形钒酸铈；如Feng Luo等加入EDTA可以获得CeVO₄空心微米球，这些方法制得的钒酸铈都不具有可见光相应，不能在可见光下降解左氧氟沙星。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种简单、易于操作、催化活性高的钒酸铈微米球光催化剂的制备工艺。

本发明为实现此目的，本发明一方面提供一种可见光响应的蓝蓟头花型钒酸铈催化剂的制备及其应用，所述钒酸铈催化剂的微观形貌是由以中心点辐射的若干个纳米管聚集而成的微球状，形貌类似蓝蓟头花，所述微球的直径为0.5-2μm，所述纳米管是锥形且长度约为100-300nm。

作为优选的技术方案，所述催化剂的禁带宽度为1.62eV，吸收边带为765nm。

另一方面本发明提供上述钒酸铈的制备方法，采用超声水热法，包括以下步骤：

步骤1、将硝酸铈Ce(NO₃)₃·6H₂O加入至丙三醇和乙二醇的混合溶液中，硝酸铈与混合溶剂总量的质量比为0.05，磁力搅拌至溶解，得混合溶液A；

步骤2、将偏钒酸铵NH₄VO₃加入到蒸馏水中，偏钒酸铵与蒸馏水的质量比为0.06，磁力搅拌至溶解，得混合溶液B；

步骤3、将混合溶液B缓慢滴入混合溶液A中，调节溶液的pH值，室温超声处理，得产物C；