專利名稱：一種微波水熱法合成單斜相釩酸鉍光催化劑粉體的方法
一種微波水熱法合成單斜相釩酸鉍光催化劑粉體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功能材料領(lǐng)域，涉及一種單斜相釩酸鉍光催化劑粉體的合成方法。背景技術(shù)：
半導(dǎo)體光催化技術(shù)作為一種新型的環(huán)境污染物削減技術(shù)，它利用半導(dǎo)體氧化物材料在光照下表面能夠受激活化，有效氧化分解有機物、還原重金屬離子等特性，抗菌和清除異味。國內(nèi)外報道的光催化研究中，TiO2以其優(yōu)良的光催化性能，備受人們的關(guān)注，成為近幾十年來最重要的光催化劑。但由于其帶隙寬(3. 2eV)，只能被波長較短的紫外光激發(fā)，極大的限制了 TiO2的應(yīng)用。BiVO4作為一種非TW2基的新型環(huán)保半導(dǎo)體光催化劑，因其禁帶寬度窄，同時又無毒、穩(wěn)定性好，有著廣泛的應(yīng)用前景。BiVO4S要有三種晶型四方鋯石型、單斜白鎢礦型結(jié)構(gòu)和四方白鎢礦型結(jié)構(gòu)。其中單斜晶相釩酸鉍的禁帶寬度為2. 3-2. ^V，它足夠高的價帶完全可以實現(xiàn)空穴OO對有機污染物的降解，并且導(dǎo)帶位置也有利于光生電子的還原，具有較高的氧化能力，且其價帶氧化電位位于2. 4eV附近，從理論上講，能夠?qū)崿F(xiàn)在可見光下分解水和降解有機污染物的目標(biāo)。目前合成BiVO4的傳統(tǒng)方法較多，如固相反應(yīng)法、化學(xué)共沉淀法、溶膠-凝膠法及水熱法等。在傳統(tǒng)的水熱合成法中，往往是采用普通的傳導(dǎo)加熱方法，這種加熱方式具有加熱速率慢、反應(yīng)時間長、熱量分布不均勻、溫度梯度大的等缺點，嚴(yán)重影響了合成粉體的性質(zhì)、顆粒尺度等。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種微波水熱法合成單斜相釩酸鉍光催化劑粉體的方法， 其反應(yīng)時間短，工藝流程簡單，粒度分布均勻且成本較低。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案—種微波水熱法合成單斜相釩酸鉍光催化劑粉體的方法，包括以下步驟將鉍鹽和釩鹽按照Bi V的摩爾比為1 1的配比分別溶于HNO3和NaOH溶液中，采用微波水熱法在反應(yīng)溫度160 220°C，保溫時間為60 120min條件下合成純單斜相BiVO4粉體。本發(fā)明更進一步的改進在于所述鉍鹽為Bi (NO3) 3 ·5Η20，所述釩鹽為NH4VO3 ；所述 HNO3溶液的濃度為2 6mol/L，所述NaOH溶液的濃度為1 4mol/L。本發(fā)明更進一步的改進在于Bi (NO3)3 ·5Η20與NH4VO3的物質(zhì)的量均為Amol ；HNO3 溶液與NaOH溶液等體積,均為Bml ；A B = (0. 0001 0. 00075) 1。本發(fā)明更進一步的改進在于鉍鹽和釩鹽的物質(zhì)的量為0. 002 0. 015mol ；所述 HNO3溶液和NaOH溶液的體積為20ml。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還可以采用如下技術(shù)方案一種微波水熱法合成單斜相釩酸鉍光催化劑粉體的方法，包括以下步驟
步驟1 將Bi (NO3) 3 · 5H20溶解于濃度為2 6mol/L的HNO3溶液中，將NH4VO3溶解于濃度為1 4mol/L的NaOH溶液中；步驟2 將兩種溶液混合均勻，在磁力攪拌器上攪拌10 30min，配制成前驅(qū)物溶液；步驟3 將前驅(qū)物溶液加入微波水熱反應(yīng)釜中，填充比為40 60 %，然后將反應(yīng)釜置于微波輔助水熱合成儀中，設(shè)定反應(yīng)溫度為180 220°C，保溫60 120min ；步驟4:待反應(yīng)完成后，冷卻，取出反應(yīng)釜中的黃色沉淀物，用去離子水洗滌至中性后，再用無水乙醇洗滌，最后在80°C下恒溫干燥，得到單斜相釩酸鉍光催化劑粉體。本發(fā)明更進一步的改進在于步驟1中Bi (NO3)3 ·5Η20與NH4VO3的物質(zhì)的量相同， HNO3溶液與NaOH溶液等體積。本發(fā)明更進一步的改進在于步驟1中Bi (NO3)3 ·5Η20與NH4VO3的物質(zhì)的量相同， 均為Amol ;ΗΝ03溶液與NaOH溶液等體積，均為Bml ；其中A B = (0. 0001 0. 00075) 1。本發(fā)明更進一步的改進在于所述Bi (NO3)3 · 5Η20為0. 002 0. 015mol ；所述 NH4VO3為0. 002 0. 015mol ；所述HNO3溶液與NaOH溶液均為20ml。本發(fā)明更進一步的改進在于步驟1中Bi(NO3)3 · 5H20與NH4VO3的物質(zhì)的量相同，Bi (NO3)3 · 5H20 與 NH4VO3 的物質(zhì)的量為 0. 002 0. 005mol、0. 002 0. Olmol.O. 002 0. 012mol、0. 005 0. OlmoUO. 05 0. 012mol、0. 05 0. 015mol、0. 01 0. 012mol、0. 01 0. 015mol 或 0. 012 0. 015mol。本發(fā)明更進一步的改進在于步驟3中反應(yīng)溫度為180°C、200°C、22(rC、180 200 °C 或 200 220 0C ο與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明以五水硝酸鉍(Bi (NO3)3 ·5Η20)為鉍源，偏釩酸銨(NH4VO3)為釩源，將鉍鹽和釩鹽按照Bi V= 1 1的配比分別溶于HNO3 和NaOH溶液中，采用微波水熱法在反應(yīng)溫度160 220°C，保溫時間為60 120min條件下合成純單斜相BiVO4粉體。本發(fā)明采用微波水熱合成技術(shù)快速合成了光催化活性單斜相 BiVO4粉體。該方法同時具備微波獨特的加熱特性和水熱法的優(yōu)點，得到的粉體粒度分布均勻，工藝簡單易控，制備周期短，只需1 2個小時，節(jié)省能源，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。

圖1是本發(fā)明單斜相釩酸鉍粉體的XRD圖(反應(yīng)溫度為200°C，保溫時間為 60min)；圖2是本發(fā)明單斜相釩酸鉍粉體的SEM圖(反應(yīng)溫度為200°C，保溫時間為 60min)。
具體實施方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行進一步說明。實施例1 步驟1 將 0. 005mol Bi (NO3) 3 · 5H20 溶解于 20mL 濃度為 2mol/L HNO3 溶液中，將 0. 005mol NH4VO3 溶解于 20mL 濃度為 lmol/L NaOH 溶液中；步驟2 將步驟1中的兩種溶液混合均勻，在磁力攪拌器上攪拌lOmin，配制成前驅(qū)物溶液；步驟3 將前驅(qū)物溶液加入微波水熱反應(yīng)釜中，填充比為40%，然后將反應(yīng)釜置于微波輔助水熱合成儀中，設(shè)定反應(yīng)溫度為200°C，保溫時間為60min ；步驟4:待反應(yīng)完成后，冷卻，取出反應(yīng)釜中的黃色沉淀物，用去離子水洗滌至中性后，再用無水乙醇洗滌，最后在80°C下恒溫干燥，得到單斜相BiVO4粉體。用XRD測定實施例1制備的粉體的物相組成結(jié)構(gòu)，用SEM測定粉體的微觀形貌，其結(jié)果如圖1和圖2所示，從中可知，采用微波水熱方法，在此條件下可以制備出純單斜相釩酸鉍粉體光催化劑，粉體粒度分布均勻。實施例2 步驟1 將 0. 005mol Bi (NO3) 3 · 5H20 溶解于 20mL 濃度為 4mol/L HNO3 溶液中，將 0. 005mol NH4VO3 溶解于 20mL 濃度為 2mol/L NaOH 溶液中；步驟2 將兩種溶液混合均勻，在磁力攪拌器上攪拌20min，配制成前驅(qū)物溶液；步驟3 將前驅(qū)物溶液加入微波水熱反應(yīng)釜中，填充比為60%，然后將反應(yīng)釜置于微波輔助水熱合成儀中，設(shè)定反應(yīng)溫度為180°C，保溫時間為90min ；步驟4:待反應(yīng)完成后，冷卻，取出反應(yīng)釜中的黃色沉淀物，用去離子水洗滌至中性后，再用無水乙醇洗滌，最后在80°C下恒溫干燥，得到單斜相BiVO4粉體。實施例3 步驟1 將 0. 002mol Bi (NO3) 3 · 5H20 溶解于 20mL 濃度為 6mol/L HNO3 溶液中，將 0. 002mol NH4VO3 溶解于 20mL 濃度為 4mol/L NaOH 溶液中；步驟2 將步驟1中的兩種溶液混合均勻，在磁力攪拌器上攪拌30min，配制成前驅(qū)物溶液；步驟3 將前驅(qū)物溶液加入微波水熱反應(yīng)釜中，填充比為50%，然后將反應(yīng)釜置于微波輔助水熱合成儀中，設(shè)定反應(yīng)溫度為220°C，保溫時間為120min ；步驟4:待反應(yīng)完成后，冷卻，取出反應(yīng)釜中的黃色沉淀物，用去離子水洗滌至中性后，再用無水乙醇洗滌，最后在80°C下恒溫干燥，得到單斜相BiVO4粉體。實施例4 步驟1 將 0. Olmol Bi (NO3) 3 · 5H20 溶解于 20mL 濃度為 3mol/L HNO3 溶液中，將 0. Olmol NH4VO3 溶解于 20mL 濃度為 4mol/L NaOH 溶液中；步驟2 將步驟1中的兩種溶液混合均勻，在磁力攪拌器上攪拌15min，配制成前驅(qū)物溶液；步驟3 將前驅(qū)物溶液加入微波水熱反應(yīng)釜中，填充比為45%，然后將反應(yīng)釜置于微波輔助水熱合成儀中，設(shè)定反應(yīng)溫度為200°C，保溫時間為120min ；步驟4:待反應(yīng)完成后，冷卻，取出反應(yīng)釜中的黃色沉淀物，用去離子水洗滌至中性后，再用無水乙醇洗滌，最后在80°C下恒溫干燥，得到單斜相BiVO4粉體。實施例5 步驟1 將 0. 012mol Bi (NO3) 3 · 5H20 溶解于 20mL 濃度為 5mol/L HNO3 溶液中，將 0. 012mol NH4VO3 溶解于 20mL 濃度為 3mol/L NaOH 溶液中；步驟2 將步驟1中的兩種溶液混合均勻，在磁力攪拌器上攪拌20min，配制成前驅(qū)物溶液；
步驟3 將前驅(qū)物溶液加入微波水熱反應(yīng)釜中，填充比為55%，然后將反應(yīng)釜置于微波輔助水熱合成儀中，設(shè)定反應(yīng)溫度為200°C，保溫時間為IOOmin ；步驟4:待反應(yīng)完成后，冷卻，取出反應(yīng)釜中的黃色沉淀物，用去離子水洗滌至中性后，再用無水乙醇洗滌，最后在80°C下恒溫干燥，得到單斜相BiVO4粉體。實施例6 步驟1 將 0. 015mol Bi (NO3) 3 · 5H20 溶解于 20mL 濃度為 5mol/L HNO3 溶液中，將 0. 015mol NH4VO3 溶解于 20mL 濃度為 2mol/L NaOH 溶液中；步驟2 將步驟1中的兩種溶液混合均勻，在磁力攪拌器上攪拌30min，配制成前驅(qū)物溶液；步驟3 將前驅(qū)物溶液加入微波水熱反應(yīng)釜中，填充比為40%，然后將反應(yīng)釜置于微波輔助水熱合成儀中，設(shè)定反應(yīng)溫度為180°C，保溫時間為60min ；步驟4:待反應(yīng)完成后，冷卻，取出反應(yīng)釜中的黃色沉淀物，用去離子水洗滌至中性后，再用無水乙醇洗滌，最后在80°C下恒溫干燥，得到單斜相BiVO4粉體。以上所述僅為本發(fā)明的一種實施方式，不是全部或唯一的實施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通過閱讀本發(fā)明說明書而對本發(fā)明技術(shù)方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種微波水熱法合成單斜相釩酸鉍光催化劑粉體的方法，其特征在于，包括以下步驟將鉍鹽和釩鹽按照Bi V的摩爾比為1 1的配比分別溶于HNO3溶液和NaOH溶液中，采用微波水熱法在反應(yīng)溫度160 220°C，保溫時間為60 120min條件下合成純單斜相BiVO4粉體。
2.如權(quán)利要求1所述一種微波水熱法合成單斜相釩酸鉍光催化劑粉體的方法，其特征在于，所述鉍鹽為Bi (NO3) 3 ·5Η20，所述釩鹽為NH4VO3 ；所述HNO3溶液的濃度為2 6mol/L， 所述NaOH溶液的濃度為1 4mol/L。
3.如權(quán)利要求2所述一種微波水熱法合成單斜相釩酸鉍光催化劑粉體的方法，其特征在于，Bi (NO3) 3 · 5H20與NH4VO3的物質(zhì)的量均為Amol ；HNO3溶液與NaOH溶液等體積，均為 Bml ；A B= (0. 0001 0. 00075) 1。
4.如權(quán)利要求3所述一種微波水熱法合成單斜相釩酸鉍光催化劑粉體的方法，其特征在于，鉍鹽和釩鹽的物質(zhì)的量為0. 002 0. 015mol ；所述HNO3溶液和NaOH溶液的體積為 20ml。
5.一種微波水熱法合成單斜相釩酸鉍光催化劑粉體的方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1 將Bi (NO3) 3 · 5H20溶解于濃度為2 6mol/L的HNO3溶液中，將NH4VO3溶解于濃度為1 4mol/L的NaOH溶液中；步驟2 將兩種溶液混合均勻，在磁力攪拌器上攪拌10 30min，配制成前驅(qū)物溶液； 步驟3 將前驅(qū)物溶液加入微波水熱反應(yīng)釜中，填充比為40 60 %，然后將反應(yīng)釜置于微波輔助水熱合成儀中，設(shè)定反應(yīng)溫度為180 220°C，保溫60 120min ；步驟4:待反應(yīng)完成后，冷卻，取出反應(yīng)釜中的黃色沉淀物，用去離子水洗滌至中性后， 再用無水乙醇洗滌，最后在80°C下恒溫干燥，得到單斜相釩酸鉍光催化劑粉體。
6.如權(quán)利要求5所述一種微波水熱法合成單斜相釩酸鉍光催化劑粉體的方法，其特征在于，步驟1中Bi (NO3) 3 · 5H20與NH4VO3的物質(zhì)的量相同，HNO3溶液與NaOH溶液等體積。
7.如權(quán)利要求5所述一種微波水熱法合成單斜相釩酸鉍光催化劑粉體的方法，其特征在于，步驟1中Bi (NO3)3 · 5H20與NH4VO3的物質(zhì)的量相同，均為Amol ；HNO3溶液與NaOH溶液等體積，均為Bml ；其中A B = (0. 0001 0. 00075) 1。
8.如權(quán)利要求5所述一種微波水熱法合成單斜相釩酸鉍光催化劑粉體的方法，其特征在于，所述 Bi(NO3)3 · 5H20 為 0. 002 0. 015mol,所述 NH4VO3 為 0. 002 0. 015mol, Bi (NO3) 3 · 5H20與NH4VO3的物質(zhì)的量相同；所述HNO3溶液與NaOH溶液均為20ml。
9.如權(quán)利要求8所述一種微波水熱法合成單斜相釩酸鉍光催化劑粉體的方法，其特征在于，Bi(NO3)3 · 5H20 與 NH4VO3 的物質(zhì)的量為 0. 002mol、0. 005mol、0. 01mol、0. 012mol 或 0. 015mol。
10.如權(quán)利要求5所述一種微波水熱法合成單斜相釩酸鉍光催化劑粉體的方法，其特征在于，步驟3中反應(yīng)溫度為180°C、200°C、22(rC、180 200°C或200 220°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用微波水熱合成技術(shù)合成單斜相釩酸鉍光催化劑粉體的方法，以五水硝酸鉍(Bi(NO3)3·5H2O)為鉍源，偏釩酸銨(NH4VO3)為釩源，將鉍鹽和釩鹽按照Bi∶V＝1∶1的配比分別溶于HNO3和NaOH溶液中，采用微波水熱法在反應(yīng)溫度160～220℃，保溫時間為60～120min條件下合成純單斜相BiVO4粉體。本發(fā)明采用微波水熱合成技術(shù)快速合成了光催化活性單斜相BiVO4粉體。該方法同時具備微波獨特的加熱特性和水熱法的優(yōu)點，得到的粉體粒度分布均勻，工藝簡單易控，制備周期短，節(jié)省能源，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號B01J23/22GK102275988SQ20111013686
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月24日
發(fā)明者談國強, 魏莎莎 申請人:陜西科技大學(xué)