本發(fā)明涉光催化降解有機污染物技術領域，具體涉及一種釩酸鉍納米棒的制備方法。

背景技術：

環(huán)境污染問題已成為全球問題，不但阻礙社會的快速發(fā)展而且威脅著人類健康。在各種環(huán)境污染中，化學污染影響最大。光催化技術在室溫下可實現(xiàn)，而且利用太陽能，成本低廉，安全環(huán)保。半導體材料均具有光催化活性，光催化反應的機理也逐漸被人們認知。在眾多半導體光催化劑材料中，二氧化鈦最典型，它具有氧化性強，光誘導性好，親水性好，穩(wěn)定無毒等優(yōu)點，在治理環(huán)境問題方面有很好的應用。然而，二氧化鈦也有其局限性。光生電子-空穴對的復合幾率較高，禁帶寬度較大，這些不利特性嚴重阻礙了二氧化鈦在光催化氧化領域的推廣和應用。

單斜晶相釩酸鉍的禁帶寬度為2.3-2.4ev，它足夠高的價帶完全可以實現(xiàn)空穴對有機污染物的降解，并且導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，從理論上將，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。釩酸鉍的光催化性能與其自身晶體結構、晶粒尺寸以及顆粒形貌有很大的關系。由于常規(guī)的釩酸鉍晶體粒徑大，導致光生電子和空穴遷移到催化劑表面的傳輸距離長，容易在長距離遷移過程中發(fā)生復合，降低光催化效率。其次，常規(guī)釩酸鉍晶體比表面積小，不能有效吸附污染物，也大大降低了光催化效率。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種釩酸鉍納米棒的制備方法，該方法制得的釩酸鉍納米棒尺寸小，比表面積大，催化活性強。

本發(fā)明提供的技術方案是一種釩酸鉍納米棒的制備方法，包括以下步驟：

1)將bi(no3)3·5h2o溶于1～4mol/l的硝酸溶液中，得到a溶液；

2)將與bi(no3)3·5h2o等摩爾量的nh4vo3溶于1～4mol/l的氨水溶液中，得到b溶液；

3)將a溶液緩慢加入到b溶液中，攪勻，調(diào)節(jié)ph至6.5～8，繼續(xù)攪拌30～120min，得到混合液；

4)向混合液中加入乙二胺四乙酸鈉，攪拌，調(diào)節(jié)ph至8～9，攪拌15～60min后，超聲分散，得到前驅(qū)液；

5)將前驅(qū)液加入到高壓反應釜中，在160～200℃的條件下進行水熱反應，反應時間為3～10h，冷卻，過濾，將沉淀物洗滌，離心，干燥，得到釩酸鉍納米棒。

步驟4)中，所述乙二胺四乙酸鈉的加入量為bi(no3)3·5h2o重量的3～5倍。

步驟1)中，硝酸溶液的濃度為3～4mol/l。

步驟2)中，氨水溶液濃度為2～2.5mol/l。

步驟5)中，所述洗滌是將沉淀物用去離子水和/或乙醇洗滌。

步驟5)中，所述干燥是在40～100℃下干燥4～24h。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1)在堿性條件下,oh^-中的o原子的孤對電子會與釩酸鉍晶核{010}晶面作用，使得{010}晶面帶負電荷，這些帶負電荷的晶面通過靜電吸附作用，吸附乙二胺四乙酸鈉，而乙二胺四乙酸容易與bi³⁺形成配合物，從而引導bi³⁺與vo3^3-組裝在{010}晶面，使得釩酸鉍晶體具有{010}取向。最終制得的催化劑的形貌為棒狀，該納米棒直徑為20～30nm，長徑比為20～40，對可見光有很好的吸收。

2)釩酸鉍催化劑具有{010}取向，光生電子會聚集在納米棒的兩端，不僅提高了空穴的分離效率，空穴更穩(wěn)定的分部在納米棒側(cè)面，非常有利于有機物的降解。

3)釩酸鉍具有{010}取向，而{010}晶面活性高，產(chǎn)生的光生電子氧化能力最強，因而具有{010}取向的釩酸鉍納米棒光催化活性最強。

4)本發(fā)明制得的釩酸鉍催化劑晶體尺寸小，能夠縮短光生電子和空穴遷移到催化劑表面的傳輸距離，提高光生電子空穴存活率。

附圖說明

圖1是實施例1所制備的釩酸鉍納米棒在透射電鏡下的形貌圖；

圖2是實施例1所制備的釩酸鉍納米棒的高分辨率圖；

圖3是實施例1所制備的釩酸鉍納米棒的xrd譜圖；

圖4是實施例1所制備的釩酸鉍納米棒在可見光條件下降解羅丹明b的速率常數(shù)對比，參考為商業(yè)性的degussap25為光催化劑時的速率常數(shù)。

具體實施方式

以下具體實施例對本發(fā)明作進一步闡述，但不作為對本發(fā)明的限定。

實施例1

1)將bi(no3)3·5h2o溶于1mol/l的硝酸溶液中，得到a溶液；

2)將與bi(no3)3·5h2o等摩爾量的nh4vo3溶于1mol/l的氨水溶液中，得到b溶液；

3)將a溶液緩慢加入到b溶液中，攪勻，調(diào)節(jié)ph至6.5，繼續(xù)攪拌30～120min，得到混合液；

4)向混合液中加入乙二胺四乙酸鈉，乙二胺四乙酸鈉的加入量為bi(no3)3·5h2o重量的3倍，攪拌，調(diào)節(jié)ph至8，攪拌15min后，超聲分散，得到前驅(qū)液；

5)將前驅(qū)液加入到高壓反應釜中，在160℃的條件下進行水熱反應，反應時間為3h，冷卻，過濾，將沉淀物用去離子水和/或乙醇洗滌洗滌3次，離心，在40℃下干燥4h，得到釩酸鉍納米棒。

由圖1可知，釩酸鉍納米棒分散性良好，直徑約為20nm,長徑比為20～40。由圖2可知，垂直于納米棒生長方向的晶面的晶面間距與釩酸鉍{040}晶面間距相吻合，證明該釩酸鉍納米棒是沿著{010}方向延伸的。由圖3可知，釩酸鉍納米棒xrd圖譜與單斜白鎢礦相釩酸鉍的標準譜圖相比完全吻合，說明實施例1的納米棒為單斜白鎢礦結構。由圖4可知，本實施例的納米棒對羅丹明b的降解速率是p25的89倍，具有非常優(yōu)越的光催化性能。

實施例2

1)將bi(no3)3·5h2o溶于4mol/l的硝酸溶液中，得到a溶液；

2)將與bi(no3)3·5h2o等摩爾量的nh4vo3溶于4mol/l的氨水溶液中，得到b溶液；

3)將a溶液緩慢加入到b溶液中，攪勻，調(diào)節(jié)ph至8，繼續(xù)攪拌120min，得到混合液；

4)向混合液中加入乙二胺四乙酸鈉，乙二胺四乙酸鈉的加入量為bi(no3)3·5h2o重量的5倍，攪拌，調(diào)節(jié)ph至9，攪拌60min后，超聲分散，得到前驅(qū)液；

5)將前驅(qū)液加入到高壓反應釜中，在200℃的條件下進行水熱反應，反應時間為10h，冷卻，過濾，將沉淀物用去離子水和/或乙醇洗滌洗滌5次，離心，在100℃下干燥24h，得到釩酸鉍納米棒。

透射電鏡結果表明釩酸鉍納米棒為納米棒狀，分散性良好，直徑為30nm，長徑比為20～40，并沿著{010}方向延伸。x射線衍射結果表明為單斜白鎢礦相。

實施例3

1)將bi(no3)3·5h2o溶于3mol/l的硝酸溶液中，得到a溶液；

2)將與bi(no3)3·5h2o等摩爾量的nh4vo3溶于2mol/l的氨水溶液中，得到b溶液；

3)將a溶液緩慢加入到b溶液中，攪勻，調(diào)節(jié)ph至7.5，繼續(xù)攪拌90min，得到混合液；

4)向混合液中加入乙二胺四乙酸鈉，乙二胺四乙酸鈉的加入量為bi(no3)3·5h2o重量的4倍，攪拌，調(diào)節(jié)ph至8.5，攪拌45min后，超聲分散，得到前驅(qū)液；

5)將前驅(qū)液加入到高壓反應釜中，在180℃的條件下進行水熱反應，反應時間為6h，冷卻，過濾，將沉淀物用去離子水和/或乙醇洗滌洗滌4次，離心，在80℃下干燥12h，得到釩酸鉍納米棒。

透射電鏡結果表明釩酸鉍納米棒為納米棒狀，分散性良好，直徑為25nm，長徑比為20～40，并沿著{010}方向延伸。x射線衍射結果表明為單斜白鎢礦相。

實施例4

1)將bi(no3)3·5h2o溶于4mol/l的硝酸溶液中，得到a溶液；

2)將與bi(no3)3·5h2o等摩爾量的nh4vo3溶于2.5mol/l的氨水溶液中，得到b溶液；

3)將a溶液緩慢加入到b溶液中，攪勻，調(diào)節(jié)ph至6.5，繼續(xù)攪拌120min，得到混合液；

4)向混合液中加入乙二胺四乙酸鈉，乙二胺四乙酸鈉的加入量為bi(no3)3·5h2o重量的3倍，攪拌，調(diào)節(jié)ph至9，攪拌15min后，超聲分散，得到前驅(qū)液；

5)將前驅(qū)液加入到高壓反應釜中，在200℃的條件下進行水熱反應，反應時間為3h，冷卻，過濾，將沉淀物用去離子水和/或乙醇洗滌洗滌5次，離心，在40℃下干燥24h，得到釩酸鉍納米棒。

透射電鏡結果表明釩酸鉍納米棒為納米棒狀，分散性良好，直徑為25nm，長徑比為20～40，并沿著{010}方向延伸。x射線衍射結果表明為單斜白鎢礦相。