鉬酸鉍/石墨相氮化碳復(fù)合催化劑的制備方法及應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明公開了鉬酸鉍/石墨相氮化碳復(fù)合催化劑的制備方法及應(yīng)用，屬于光催化材料的制備領(lǐng)域。按如下步驟進(jìn)行：（1）復(fù)合催化劑的制備方法：分別制備不同pH值的Bi2MoO6、石墨相氮化碳(g?C3N4)，然后采用浸漬法制備不同pH值的Bi2MoO6/g?C3N4。（2）光催化降解有機(jī)污染物羅丹明B（RhB）性能表征：純的Bi2MoO6降解羅丹明B的效果并不明顯，與g?C3N4復(fù)合后，光降解效果明顯增強(qiáng)。本發(fā)明所制得的新型Bi2MoO6/g?C3N4復(fù)合納米材料表現(xiàn)出良好的光催化降解羅丹明B性能，是一類綠色、高效的光催化劑。
【專利說明】
鉬酸鉍/石墨相氮化碳復(fù)合催化劑的制備方法及應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明具體涉及一種鉬酸鉍/石墨相氮化碳復(fù)合催化劑的制備方法及應(yīng)用，屬于 光催化降解有機(jī)污染物領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，環(huán)境污染與能源短缺的問題已經(jīng)成為人類可持續(xù)發(fā)展所面臨的兩個重大問 題，越來越受到世界各國的高度重視。太陽能是一種可再生的清潔和廉價能源，因此，如何 將太陽能的高效利用和水環(huán)境保護(hù)相結(jié)合，通過開展光催化技術(shù)去除水體中污染物的研究 具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義和現(xiàn)實(shí)意義。
[0003] 鉬酸鉍(Bi2Mo〇6)，是由[Bi202]2+和Mo〇42-組成的奧里維里斯(Aurivillius)片層化 合物。因其具有較小的禁帶寬度(2.5-2.8eV)，在水降解和有機(jī)污染物降解方面表現(xiàn)了良好 的光催性能，越來越引起了人們的重視，但是較低的量子產(chǎn)率限制了鉬酸鉍在光催化方面 的應(yīng)用。因此，人們試圖通過合成以鉬酸鉍為基礎(chǔ)的異質(zhì)結(jié)來減少載流子的重組。
[0004] 研究發(fā)現(xiàn)，石墨相氮化碳(g-C3N4)是一種具有獨(dú)特的能帶結(jié)構(gòu)，化學(xué)穩(wěn)定性好，廉 價易得的非金屬半導(dǎo)體材料，在可見光條件下能夠光降解水制氫制氧，降解水中的有機(jī)污 染物，被認(rèn)為是光催化領(lǐng)域最具前景的研究材料之一。然而，氮化碳的吸收光主要集中在紫 外區(qū)內(nèi)，光生電子和空穴易于復(fù)合，限制了在光催化區(qū)域內(nèi)的應(yīng)用。
[0005] 本發(fā)明將鉬酸鉍負(fù)載到g_C3N4上，制備出高催化劑性能的復(fù)合材料，將其應(yīng)用在光 催化降解有機(jī)污染物羅丹明B上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是尋找一種高效催化劑，提供不同pH值的鉬酸鉍/石墨相氮化碳 (Bi2M〇0 6/g-C3N4)復(fù)合催化劑及其制備方法。該催化劑催化效率高且整個制備方法簡單。
[0007] 本發(fā)明采用的具體方案是：
[0008] 不同pH值的Bi2M〇06/g-C 3N4由不同pH值的鉬酸鉍與石墨相氮化碳經(jīng)過超聲浸漬法 負(fù)載而成，Bi2Mo06與g-C 3N4質(zhì)量比為2:1，所述的Bi2Mo06/g-C3N4復(fù)合催化劑對羅丹明B具有 較高的催化活性。
[0009] 本發(fā)明所述的鉬酸鉍/石墨相氮化碳復(fù)合催化劑的制備方法的制備方法，按照下 述步驟進(jìn)行：
[0010] ⑴不同pH值的Bi2Mo06的制備
[0011] 量取Bi(N03)3 · 5H2〇和(NH4)6Mo7〇24 · 4·分別溶于乙二醇，兩溶液混合后用NaOH 溶液調(diào)節(jié)pH值，獲得pH = 5，7，9，11的溶液。然后將溶液倒入高壓反應(yīng)釜180°C反應(yīng)24h，冷 卻后抽濾并用蒸餾水、無水乙醇洗滌，80°C烘干即可。
[0012]其中步驟⑴中Bi(N03)3 · 5H2〇與(ΝΗ4)6Μ〇7〇24· 4H2〇的摩爾比為 14:1。
[0013] (2)石墨相氮化碳(g-C3N4)的制備
[0014] 稱取三聚氰胺放入陶瓷坩堝中，550°C煅燒4h，升溫速率為2.3°C/min，冷卻至室 溫，研磨得到黃色固體即為石墨相氮化碳(結(jié)構(gòu)式如式I)。
[0016] (3)不同 pH 值的 Bi2Mo06/g-C3N4 的制備
[0017] 分另lj稱取不同pH值的Bi2Mo〇6和g-C3N4放入無水乙醇中，將溶劑放入超聲波清洗器 (頻率為50KHz，功率密度0.24W/cm2)超聲2h，兩溶劑混合放在恒溫攪拌器上攪拌12h，離心 后放入烘箱烘干得到產(chǎn)品（結(jié)構(gòu)式如式Π )。
[0018] 其中步驟(3)中Bi2Mo〇6和g-C3N4的質(zhì)量比為2:1。
[0019] 其中步驟⑶中Bi2Mo06與無水乙醇的比例為0.08g:20ml。
[0021 ]鉬酸鉍/石墨相氮化碳復(fù)合催化劑的應(yīng)用，用于光催化降解羅丹明（RhB)，按照下 述步驟進(jìn)行：
[0022] 稱取25mg催化劑放入試管中，加入50ml 10mg/L羅丹明B溶液，用500W氙燈作為光 源，進(jìn)行光催化降解反應(yīng)。暗反應(yīng)時間為30min，光反應(yīng)每lOmin取次樣，進(jìn)行離心，進(jìn)而測其 吸光度。
[0023]本發(fā)明采用超聲浸漬法制備不同pH值的Bi2Mo〇6/g_C3N4復(fù)合材料，通過調(diào)節(jié) Bi2M〇06的不同pH值制備出不同的復(fù)合材料，從而得到了具有不同催化活性的復(fù)合物。其優(yōu) 點(diǎn)如下：
[0024] (1)制備催化劑Bi2M〇06/g_C 3N4的原料易得，制備方法容易。
[0025] (2)制備出的催化劑Bi2M〇06/g_C 3N4光催化活性好。
【附圖說明】
[0026] 圖 1 為實(shí)施例 1 ~3不同催化劑的XRD圖，（a:Bi2Mo〇6(pH=5)，b:Bi2Mo〇6(pH=7)，c: Bi 2Mo〇6 (pH=9)，d: Bi2Mo〇6 (pH = 11)，e: Bi2Mo06/g-C3N4(pH=5)，f: Bi2Mo06/g-C3N4(pH=7)， g: Bi2Mo〇6/g-C3N4(pH=9)，h: Bi2Mo〇6/g-C3N4(pH = 11)，i : g_C3N4)。
[0027] 圖2為實(shí)施例3不同pH值的Bi2Mo〇6/g-C3N4的TEM圖，（a:Bi2Mo0 6/g-C3N4(pH = 5)，b: Bi2Mo〇6/g-C3N4(pH=7)，c: Bi2Mo〇6/g-C3N4(pH=9)，d: Bi2Mo〇6/g-C3N4(pH = 11))。
[0028] 圖3為實(shí)施例4 25mg Bi2Mo06/g-C3N4(pH=7)降解lOmg/L羅丹明B的紫外譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 為了更好的解釋本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的 內(nèi)容不僅僅局限于以下的實(shí)施例。
[0030] 實(shí)施例1
[0031] (1)不同pH值的Bi2Mo06的制備
[0032] 量取3.47臟〇181(勵3)3.5!12〇和0.248臟〇1(順4)6]?〇7〇24.4!12〇分別溶于2〇11^乙二 醇，兩溶液混合后用NaOH溶液調(diào)節(jié)混合溶液的pH值，獲得pH=5，7，9，11的溶液，攪拌15min。 然后將溶液倒入高壓反應(yīng)釜180°C反應(yīng)24h，冷卻后抽濾并用蒸餾水、無水乙醇洗滌幾次，80 °(：烘干即可。我們對pH值的Bi 2Mo06進(jìn)行了 XRD表征，如圖la，b，c，d所示，不同pH值的Bi2Mo06 具有不同的晶型結(jié)構(gòu)。
[0033] (2)石墨相氮化碳(g_C3N4)的制備
[0034]用電子天平稱取5g的三聚氰胺放入陶瓷坩堝中，在550°C下煅燒4h，升溫速率為 2.3°C/min，冷卻至室溫后研磨，得到的黃色固體即為石墨相氮化碳。如圖li所示，在13.1° 和27.4°處出現(xiàn)了對應(yīng)于（100)和(002)晶面的g-C 3N4衍射特征峰。
[0035] (3)不同 pH值的 B i 2Mo06/g-C3N4的制備
[0036] 分別稱取0.10g不同pH值的Bi2Mo06溶于20mL無水乙醇中，作為A溶液。稱取0.05g g-C 3N4放入20mL無水乙醇中，作為B溶液。將A、B溶液放入超聲波清洗器(頻率為50KHz，功率 密度0.24W/cm 2)超聲2h，A溶液逐滴加入到B溶液中并不斷攪拌，混合溶液放在恒溫攪拌器 上攪拌12h，離心后放入烘箱烘干得到產(chǎn)品。制備出的復(fù)合催化劑的XRD如圖le，f，g，h，出現(xiàn) 了Bi 2Mo06和g-C3N4衍射特征峰，表明了Bi2Mo0 6負(fù)載到了 g-C3N4上，這也可以有圖2中的TEM圖 進(jìn)一步表明。
[0037] (4)光催化降解羅丹明B(RB)
[0038] 分別稱取25mg不同pH值的Bi2Mo06/g-C 3N4催化劑放入試管中，加入50ml 10mg/L羅 丹明B溶液，用500W氙燈作為光源，進(jìn)行光催化降解反應(yīng)。暗反應(yīng)時間為30min，光反應(yīng)每 lOmin取次樣，進(jìn)行離心，進(jìn)而測其吸光度。圖3為25mg Bi2Mo〇6/g-C3N4(pH = 7；^_|10mg/L 羅丹明B的紫外譜圖，50min內(nèi)的降解率達(dá)到97.82%。
【主權(quán)項】
1. 鉬酸鉍/石墨相氮化碳復(fù)合催化劑的制備方法，其特征在于按照下述步驟進(jìn)行： (1) 不同pH值的Bi2Mo〇6的制備 量取Bi(N03)3 · 5H20和（NH4)6M〇7〇24 · 4H20分別溶于乙二醇，兩溶液混合后用NaOH溶液 調(diào)節(jié)pH值，獲得pH=5, 7, 9，11的溶液； 然后將溶液倒入高壓反應(yīng)釜180°C反應(yīng)24 h，冷卻后抽濾并用蒸餾水、無水乙醇洗滌， 80 °C烘干即可； (2) 石墨相氮化碳（g-C3N4)的制備 稱取三聚氰胺放入陶瓷坩堝中，550 °C煅燒4 h，升溫速率為2.3 °C/min，冷卻至室溫， 研磨得到黃色固體即為石墨相氮化碳； (3) 不同pH值的Bi2Mo06/g-C3N4的制備 分別稱取不同pH值的Bi2M〇06和g-C3N4放入無水乙醇中，將溶劑放入超聲波清洗器(頻 率為50 KHz，功率密度0.24 W/cm2)超聲2 h，兩溶劑混合放在恒溫攪拌器上攪拌12 h，離心 后放入烘箱烘干得到產(chǎn)品。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉬酸鉍/石墨相氮化碳復(fù)合催化劑的制備方法的制備方法，其 特征在于其中步驟(1)中Bi(N03) 3 · 5H20與(ΝΗ4)6Μ〇7〇24 · 4H20的摩爾比為14:1。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉬酸鉍/石墨相氮化碳復(fù)合催化劑的制備方法的制備方法，其 特征在于其中步驟(3)中Bi2Mo0 6和g-C3N4的質(zhì)量比為2:1。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉬酸鉍/石墨相氮化碳復(fù)合催化劑的制備方法的制備方法，其 特征在于其中步驟(3)中Bi2Mo0 6與無水乙醇的比例為0.08 g:20 ml。5. 權(quán)利要求1所述的鉬酸鉍/石墨相氮化碳復(fù)合催化劑的制備方法的的應(yīng)用，其特征在 于用于光催化降解羅丹明B(RhB)，按照下述步驟進(jìn)行： 稱取25 mg催化劑放入試管中，加入50 ml 10 mg/L羅丹明B溶液，用500 W氙燈作為光 源，進(jìn)行光催化降解反應(yīng);暗反應(yīng)時間為30 min，光反應(yīng)每10 min取次樣，進(jìn)行離心，進(jìn)而測 其吸光度。
【文檔編號】A62D3/17GK106076389SQ201610427952
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月15日
【發(fā)明人】梁倩, 張淼, 李忠玉
【申請人】常州大學(xué)