[发明专利]一种锌掺杂钒酸铋球状可见光催化剂的制备方法

说明书

本发明涉及一种锌掺杂钒酸铋微米球状可见光催化剂的制备方法，属于无机材料技术领域。其主要特征在于通过调节溶液pH值、锌掺杂量和反应温度来制备新型锌掺杂钒酸铋微米球状可见光催化剂，将锌成功掺杂到钒酸铋晶格中，有效提高其光催化活性。所制备锌掺杂钒酸铋光催化剂用于催化光降解罗丹明B溶液(浓度为5mg/L)，模拟太阳光(氙灯光源)照射90min后降解率达到97％，明显高于钒酸铋的光催化罗丹明B的降解率，这是因为锌掺杂改变了钒酸铋的晶型结构，使其由单一的单斜晶相变为单斜和四方的混合晶型，两种晶型的禁带宽度相互交错，抑制了光生电子和空穴的复合，提高了钒酸铋的光催化活性；使用后三次回收的锌掺杂钒酸铋微米球状可见光催化剂在相同条件下，对罗丹明B溶液的降解率达到89％，本法所制备的锌掺杂钒酸铋微米球状可见光催化剂具有较高的稳定性。

技术领域

本发明涉及一种锌掺杂钒酸铋微米球状可见光催化剂的制备方法，属于无机光催化材料技术领域。

背景技术

随着工业的快速发展，纺织和化工等行业产生大量有机废水，生态环境不断受到破坏，水污染问题不断加剧，对人们的生活及身体健康带来较大的影响。基于绿水青山就是金山银山的生态理念，水处理问题刻不容缓。然而传统的污水处理工艺在处理有机废水等方面也有着诸多的限制，半导体光催化材料在这些方面有着广阔的应用前景。

光催化剂如TiO₂的带隙能较大，在可见光下的响应低而制约了其在工业实际中的应用进程，提高催化剂对可见光的吸收性以增大光的利用率就十分必要。单斜白钨型BiVO₄具有较窄的带隙能(2.4eV)，对紫外光和可见光都能产生响应，但是纯BiVO₄的光生电子-空穴对迁移分离困难、表面吸附性能差，导致其光催化活性不强。

离子掺杂是一种提高光催化剂性能的有效改性方法，将金属离子或者非金属离子引入半导体晶格中，从而在半导体内部引入新的电荷，形成缺陷或者改变晶体的类型，从而提高半导体材料的导电性，降低光生电子和空穴的复合几率。已有研究表明，光催化材料的光催化效果与材料本身的形貌、晶型结构和尺寸有很大关系。关于钒酸铋掺杂改性的研究，中国专利CN103433023A(对比文件1)，公开了一种Gd掺杂钒酸铋可见光催化剂及其制备方法和应用，该方法主要存在以下不足：①反应条件复杂、苛刻，需要使用微波水热合成仪及特制的微波水热反应釜，高压下(压力达到1.3MPa)下反应，同时需要分别在100℃、150℃和180℃下控制不同的反应时间，工艺难于操作和实现；最后一步干燥时间长达24h，影响其应用的前景。(2)Gd为稀有元素(镧系元素)，价格高，导致制备的Gd掺杂钒酸铋光催化剂成本高。(3)因其硝酸铋溶液配制工艺的局限性，导致制得的Gd掺杂钒酸铋光催化剂呈不均匀的棒状，比表面积小，使得其催化降解罗丹明B的速率偏低(2h降解率为96.6％)。又如“Materials Letters”2015年第151卷第的75-78页“Preparation of p–n junctionBiVO₄/Ag₂O heterogeneous nanostructures with enhanced visible-lightphotocatalytic activity”一文(对比文件2)，公开的方法是：先用水热法制备出BiVO₄，再利用浸渍法制备BiVO₄/Ag₂O复合光催化材料。该方法的主要缺点是：(1)复合催化剂光催化降解染料甲基橙(MO)溶液时，降解效果较差，30mL浓度为5mg/L的MO溶液，催化剂用量为30mg(2g/L)下，降解160min降解率为91.01％；(2)分两步合成，即水热法制备出BiVO₄后，再采用浸渍法复合Ag₂O制备的复合物，稳定性较差。

发明内容