一種超聲波法制備釩酸鉍-鎢酸鉍異質(zhì)結(jié)光催化劑的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種超聲波法制備釩酸鉍-鎢酸鉍異質(zhì)結(jié)光催化劑的方法，該方法先采用超聲波法制備Bi2WO6，然后再采用微波法制備BiVO4，最后再采用超聲波法將Bi2WO6和BiVO4結(jié)合在一起制成釩酸鉍-鎢酸鉍異質(zhì)結(jié)。本發(fā)明專利技術(shù)的方法操作簡(jiǎn)單、環(huán)保，成本低，適合大批量生產(chǎn)。制得的片狀釩酸鉍-鎢酸鉍異質(zhì)結(jié)具有較高的光催化活性，該產(chǎn)物作為光催化劑用于進(jìn)行光催化降解環(huán)丙沙星，這為環(huán)丙沙星醫(yī)藥廢水的處理提供了一種新的光催化劑。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于環(huán)境材料領(lǐng)域，涉及到一種光催化劑，具體涉及。
技術(shù)介紹
環(huán)丙沙星屬于喹諾酮類藥物，具有較強(qiáng)的抗菌能力和廣譜殺菌的特點(diǎn)，廣泛用于人類醫(yī)療以及在動(dòng)物養(yǎng)殖中作為防病治病、提高飼料利用率和促進(jìn)動(dòng)物生長。但是其抗藥性及其副作用也同時(shí)嚴(yán)重影響人們的生活，長時(shí)間的低含量的積累容易產(chǎn)生抗藥性；研究表明環(huán)丙沙星具有嚴(yán)重的肝腎毒性，直接威脅到人們的生命健康。所以合理處理生活廢水中的抗生素醫(yī)藥廢水是比較重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。但是傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)對(duì)抗生素廢水的處理效果不理想，在目前水生系統(tǒng)報(bào)道中，只有少數(shù)的抗生素能在試驗(yàn)條件下部分被生物降解，大多數(shù)仍然殘留在水環(huán)境中。目前，半導(dǎo)體光催化氧化技術(shù)已經(jīng)成為最有前景的環(huán)境治理和修復(fù)為處理抗生素廢水提供了一種十分好的方法。半導(dǎo)體光催化氧化技術(shù)是當(dāng)用能量等于或大于禁帶寬度的光照射半導(dǎo)體材料時(shí)，其價(jià)帶上的電子就會(huì)被激發(fā)，從價(jià)帶越過禁帶到達(dá)導(dǎo)帶，從而在價(jià)帶和導(dǎo)帶上分別形成光生空穴和光生電子。光生空穴具有強(qiáng)氧化性，能將OH-氧化為.0H，.0H具有很強(qiáng)的氧化性，能夠氧化多種有機(jī)物并使其礦化；而光生電子具有強(qiáng)還原性，能將O2還原成02_ ;從而參與氧化還原反應(yīng)。根據(jù)氧化方式，半導(dǎo)體光催化氧化技術(shù)可以分為兩類:空穴氧化和羥基自由基氧化。對(duì)于芳香族物質(zhì)如環(huán)丙沙星的降解都是利用羥基自由基的氧化作用。但是目前光催化氧化技術(shù)處理環(huán)丙沙星廢水的報(bào)道只局限于對(duì)紫外光響應(yīng)的光催化劑例如TiO2,然而紫外光僅占太陽光譜的4%，這限制了光催化技術(shù)降解環(huán)丙沙星廢水的應(yīng)用。近年來，有研究者發(fā)現(xiàn)釩酸鉍和鎢酸鉍都是可見光響應(yīng)型光催化劑，在可見光照射下可以降解有機(jī)染料等污染物，然而純釩酸鉍和鎢酸鉍光催化劑存在光生電子-空穴容易復(fù)合的缺點(diǎn)，導(dǎo)致光催化活性的降低。為了克服上述缺點(diǎn)，研究者嘗試了多種改性策略例如:納米化、金 屬離子摻雜、非金屬離子摻雜、石墨烯復(fù)合和半導(dǎo)體復(fù)合。在這些方法中半導(dǎo)體復(fù)合即異質(zhì)結(jié)既不會(huì)形成不連續(xù)摻雜能級(jí)也不會(huì)形成內(nèi)部光生電子空穴復(fù)合中心，因此半導(dǎo)體復(fù)合成為提高光催化活性的理想方法。異質(zhì)結(jié)能夠提高光催化效率的原因是當(dāng)不同的半導(dǎo)體緊密接觸形成異質(zhì)結(jié)時(shí)，異質(zhì)結(jié)兩側(cè)由于能帶等性質(zhì)的不同會(huì)造成空間電勢(shì)差。這種空間電勢(shì)差的存在有利于光生電子-空穴的分離，從而提高了光催化效率。兩種半導(dǎo)體要形成異質(zhì)結(jié)必須具有相互匹配的導(dǎo)帶和價(jià)帶位置，研究發(fā)現(xiàn)釩酸鉍和鎢酸鉍具有互相匹配的導(dǎo)帶和價(jià)帶，即鎢酸鉍的導(dǎo)帶比釩酸鉍導(dǎo)帶低，釩酸鉍的價(jià)帶比鎢酸鉍的價(jià)帶高，因此釩酸鉍導(dǎo)帶上的光生電子將會(huì)在電勢(shì)差的作用下注入到鎢酸鉍的導(dǎo)帶；同時(shí)鎢酸鉍價(jià)帶上的光生空穴能夠快速轉(zhuǎn)移到釩酸鉍的價(jià)帶，這就是所謂的界面電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)，在界面電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)的作用下有效地實(shí)現(xiàn)了光生電子空穴的分離從而提高了光催化效率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)的目的在于提供一種操作簡(jiǎn)單、環(huán)保且對(duì)環(huán)丙沙星具有良好降解能力的釩酸鉍-鎢酸鉍異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法。，該方法按照以下步驟進(jìn)行:步驟一，將等摩爾量的Bi (NO3) 3.5Η20和Na2WO4CH2O加入去離子水中，用NaOH溶液調(diào)節(jié)體系ρΗ=10,攪拌30min,得到混合液,其中:每ImolBi (NO3)3.5H20對(duì)應(yīng)加入40ml去離子水中；步驟二，將步驟一得到的混合液轉(zhuǎn)入到反應(yīng)釜中，180°C條件下反應(yīng)24h，冷卻至室溫后用無水乙醇離心洗滌3 4次后，將產(chǎn)物放入60°C真空烘箱中干燥8h，得到Bi2WO6 ；步驟三，將Bi (NO3) 3.5Η20加入去離子水中，超聲攪拌5min，然后加入稀硝酸，然后再加入NH4VO3,攪拌20min，得到混合液，其中:每ImolBi (NO3)3.5H20對(duì)應(yīng)加入50ml去離子水中； 每ImolBi (NO3) 3.5H20對(duì)應(yīng)滴加3滴稀硝酸；每ImolBi (NO3) 3.5H20 對(duì)應(yīng)加入 ImmolNH4VO3 ；步驟四，將步驟三中得到的混合溶液轉(zhuǎn)移到三口燒瓶中，在溫度100°C、功率800w、轉(zhuǎn)速2000rpm/min的條件下,微波福射反應(yīng)5小時(shí)，自然冷卻后用無水乙醇離心洗漆3 4次后，將產(chǎn)物放入60°C真空烘箱中干燥8h，得到BiVO4 ；步驟五，將200mg步驟四中的BiVO4溶于40ml去離子水中，攪拌均勻，再向該體系中加入20mg步驟二中得到的Bi2WO6，攪拌成均勻混合體系，倒到混合液，其中:每200mg步驟四中的BiVO4對(duì)應(yīng)溶于40ml去離子水中；每200mg步驟四中得到的BiVO4對(duì)應(yīng)加入2 160mg步驟二中得到的Bi2WO6 ；步驟六，將步驟五中得到的混合液放入超聲儀中超聲波處理15min，再攪拌5min，然后再超聲波處理15min，再攪拌5min，再超聲波處理15min，然后將混合液用無水乙醇離心洗滌3 4次后，將產(chǎn)物放入60°C真空烘箱中干燥8h，獲得最終產(chǎn)物釩酸鉍-鎢酸鉍異質(zhì)結(jié)光催化劑。本專利技術(shù)還具有如下技術(shù)特點(diǎn):優(yōu)選的步驟五中所述的每200mg步驟四中得到的BiVO4對(duì)應(yīng)加入20mg步驟二中得到的Bi2TO6。本專利技術(shù)的方法操作簡(jiǎn)單、環(huán)保，成本低，適合大批量生產(chǎn)。制得的片狀釩酸鉍-鎢酸鉍異質(zhì)結(jié)具有較高的光催化活性，該產(chǎn)物作為光催化劑用于進(jìn)行光催化降解環(huán)丙沙星，這為環(huán)丙沙星醫(yī)藥廢水的處理提供了一種新的光催化劑。附圖說明圖1是實(shí)施例1制備的釩酸鉍、鎢酸鉍和釩酸鉍-鎢酸鉍異質(zhì)結(jié)的X-射線衍射圖譜(XRD)，圖中:譜線i為純釩酸鉍的XRD，譜線ii為純鎢酸鉍的XRD，譜線iii為釩酸鉍-鎢酸鉍異質(zhì)結(jié)的XRD。圖2是實(shí)施例1制備的釩酸鉍-鎢酸鉍異質(zhì)結(jié)的能譜圖。圖3是實(shí)施例1制備的釩酸鉍的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡圖(FESEM)。圖4是實(shí)施例1制備的鎢酸鉍的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡圖。圖5是實(shí)施例1制備的釩酸鉍-鎢酸鉍異質(zhì)結(jié)的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡圖。圖6是實(shí)施例1制備的釩酸鉍-鎢酸鉍異質(zhì)結(jié)的透射電鏡圖(TEM)。圖7是實(shí)施例1制備的釩酸鉍、鎢酸鉍和釩酸鉍-鎢酸鉍異質(zhì)結(jié)的光催化活性對(duì)比圖。以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)的具體內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。具體實(shí)施例方式遵從上述技術(shù)方案，以下給出本專利技術(shù)的具體實(shí)施例，需要說明的是本專利技術(shù)并不局限于以下具體實(shí)施例，凡在本申請(qǐng)技術(shù)方案基礎(chǔ)上做的等同變換均落入本專利技術(shù)的保護(hù)范圍。實(shí)施例1:步驟一,將ImmolBi(NO3)3.5H20 和 ImmolNa2WO4.2H20 加入 40mL 去離子水中，用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH=10，攪拌30min，得到混合液；步驟二，將步驟一得到的混合液轉(zhuǎn)入到50ml反應(yīng)釜中，180°C條件下反應(yīng)24h，冷卻至室溫后用無水乙醇離心洗滌3 4次后，將產(chǎn)物放入60°C真空烘箱中干燥8h，得到Bi2WO6 ；步驟三，將ImmolBi(NO3)3.5H20加入50ml去離子水中，超聲攪拌5min，然后加入3滴稀硝酸，然 后再加入ImmolNH4VO3，攪拌20min，得到混合液；步驟四，將步驟三中得到的混合溶液轉(zhuǎn)移到三口燒瓶中，在溫度100°C、功率800w、轉(zhuǎn)速2000rpm/min的條件下,微波福射反應(yīng)5小時(shí)，自然冷卻后用無水乙醇離心洗漆3 4次后，將產(chǎn)物放入60°C真空烘箱中干燥8h，得到BiVO4 ；步驟五，將200mg步驟四中得到的BiVO4溶于40ml去離子水中，攪拌均勻，再向該體系中加入20mg步驟本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種超聲波法制備釩酸鉍?鎢酸鉍異質(zhì)結(jié)光催化劑的方法，其特征在于，該方法按照以下步驟進(jìn)行：步驟一，將等摩爾量的Bi(NO3)3·5H2O和Na2WO4·2H2O加入去離子水中，用NaOH溶液調(diào)節(jié)體系pH=10，攪拌30min，得到混合液，其中：每1molBi(NO3)3·5H2O對(duì)應(yīng)加入40ml去離子水中；步驟二，將步驟一得到的混合液轉(zhuǎn)入到反應(yīng)釜中,180℃條件下反應(yīng)24h，冷卻至室溫后用無水乙醇離心洗滌3～4次后，將產(chǎn)物放入60℃真空烘箱中干燥8h，得到Bi2WO6；步驟三，將Bi(NO3)3·5H2O加入去離子水中，超聲攪拌5min，然后加入稀硝酸，然后再加入NH4VO3，攪拌20min，得到混合液，其中：每1molBi(NO3)3·5H2O對(duì)應(yīng)加入50ml去離子水中；每1molBi(NO3)3·5H2O對(duì)應(yīng)滴加3滴稀硝酸；每1molBi(NO3)3·5H2O對(duì)應(yīng)加入1mmolNH4VO3；步驟四，將步驟三中得到的混合溶液轉(zhuǎn)移到三口燒瓶中，在溫度100℃、功率800w、轉(zhuǎn)速2000rpm/min的條件下，微波輻射反應(yīng)5小時(shí)，自然冷卻后用無水乙醇離心洗滌3～4次后，將產(chǎn)物放入60℃真空烘箱中干燥8h，得到BiVO4；步驟五，將200mg步驟四中的BiVO4溶于40ml去離子水中，攪拌均勻，再向該體系中加入20mg步驟二中得到的Bi2WO6，攪拌成均勻混合體系，倒到混合液，其中：每200mg步驟四中的BiVO4對(duì)應(yīng)溶于40ml去離子水中；每200mg步驟四中得到的BiVO4對(duì)應(yīng)加入2～160mg步驟二中得到的Bi2WO6；步驟六，將步驟五中得到的混合液放入超聲儀中超聲波處理15min,再攪拌5min,然后再超聲波處理15min，再攪拌5min，再超聲波處理15min，然后將混合液用無水乙醇離心洗滌3～4次后，將產(chǎn)物放入60℃真空烘箱中干燥8h，獲得最終產(chǎn)物釩酸鉍?鎢酸鉍異質(zhì)結(jié)光催化劑。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種超聲波法制備釩酸鉍-鎢酸鉍異質(zhì)結(jié)光催化劑的方法，其特征在于，該方法按照以下步驟進(jìn)行: 步驟一，將等摩爾量的Bi(NO3)3.5Η20和Na2WO4.2Η20加入去離子水中，用NaOH溶液調(diào)節(jié)體系ρΗ=10,攪拌30min,得到混合液,其中: 每ImolBi (NO3) 3.5H20對(duì)應(yīng)加入40ml去離子水中； 步驟二，將步驟一得到的混合液轉(zhuǎn)入到反應(yīng)釜中，180°C條件下反應(yīng)24h，冷卻至室溫后用無水乙醇離心洗滌3 4次后，將產(chǎn)物放入60°C真空烘箱中干燥8h，得到Bi2WO6 ； 步驟三，將Bi (NO3) 3.5Η20加入去離子水中，超聲攪拌5min，然后加入稀硝酸，然后再加入NH4VO3,攪拌20min，得到混合液，其中: 每ImolBi (NO3) 3.5H20對(duì)應(yīng)加入50ml去離子水中； 每ImolBi (NO3) 3.5H20對(duì)應(yīng)滴加3滴稀硝酸；每 ImolBi (NO3)3.5H20 對(duì)應(yīng)加入 ImmolNH4VO3 ； 步驟四，將步驟三中得到的混合溶液轉(zhuǎn)移到三口燒瓶中，在溫度100°C...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：關(guān)衛(wèi)省，孫紹芳，吳亞帆，張中杰，徐景景，唐杰，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：長安大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：