專利名稱：一種碳納米管-納米釩酸鉍復(fù)合光催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米釩酸鉍復(fù)合光催化劑的制備領(lǐng)域，特別涉及一種碳納米管-納米釩酸鉍復(fù)合光催化劑的制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，以二氧化鈦(TiO2)為核心代表的光催化技術(shù)在環(huán)境污染治理領(lǐng)域，特別是在難生物降解廢水處理和空氣凈化中的應(yīng)用越來越廣泛，但由于其帶隙較寬，僅能夠在紫外光照射下才具有光催化作用，從而限制了其應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步擴(kuò)大。為了能夠提高 TiO2對太陽光的利用效率，國內(nèi)外很多專家學(xué)者圍繞著可見光響應(yīng)的TiA光催化劑展開了大量的研究工作，主要針對T^2光催化劑表面結(jié)構(gòu)改性、無機(jī)元素和金屬元素?fù)诫s改性等， 旨在擴(kuò)大其光譜響應(yīng)范圍，提高其可見光催化活性。盡管如此，經(jīng)過改性的TiO2光催化劑在目前階段仍然存在著可見光催化活性不理想，光降解能力較差等問題，導(dǎo)致其實用性較差。最近的研究發(fā)現(xiàn)，具有單斜晶系白鎢礦結(jié)構(gòu)的復(fù)合氧化物釩酸鉍(BiVO4)在可見光照射下就具有光催化活性，能夠分解水分子產(chǎn)氧和降解有機(jī)污染物，是一種潛在的光催化劑。然而，BiVO4的吸附性能很差，而且產(chǎn)生的光生載流子難以遷移，容易復(fù)合，從而影響了其可見光活性。目前關(guān)于針對BiVO4的復(fù)合改性和摻雜的研究報道較少，另外關(guān)于將其負(fù)載于吸附性能好的多孔材料，如活性炭等的報道也不多，因此，如何增強(qiáng)其在可見光范圍內(nèi)的吸收，以及提高其可見光催化活性，是目前研究開發(fā)BiVO4高效光催化劑的主要研究重點(diǎn)ο污水處理常規(guī)方法主要有物理分離法、生物降解法、化學(xué)分解法等，但這些方法都存在一定的局限性，因此，研究人員開始致力于開發(fā)高效、低能耗、適用范圍廣和有深度氧化能力的水凈化技術(shù)。近年來，很多學(xué)者將T^2用于光催化降解水體中的有機(jī)污染物， 雖然取得了一定的效果，但由于其光響應(yīng)范圍的限制，導(dǎo)致處理效果往往不夠理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種碳納米管-納米釩酸鉍復(fù)合光催化劑的制備方法，該方法操作簡單易行，對設(shè)備的要求低，制備的碳納米管粉體釩酸鉍分布均勻， 能夠在紫外光和可見光條件下高效降解持久性有毒有害物質(zhì)。一種碳納米管-納米釩酸鉍復(fù)合光催化劑的制備方法，包括(1)將鉍鹽、穩(wěn)定劑加入到磷酸鹽緩沖液中，攪拌形成懸濁液；將偏釩酸鹽溶解到磷酸鹽緩沖液中，然后再加入到上述懸濁液中，攪拌形成透明溶液；其中鉍鹽和偏釩酸鹽的物質(zhì)的量濃度均為0. 05 0. 25mol/L，穩(wěn)定劑的物質(zhì)的量濃度為0. 01 0. 05mol/L ；(2)用堿性溶液調(diào)節(jié)上述透明溶液的pH值為6. 0 8. 0，然后維持在40 100°C溫度下加入碳納米管，攪拌至混合均勻后離心、過濾、洗滌，再放入馬弗爐中，在250 400°C 下焙燒3 6h，最后經(jīng)冷卻研磨，即得；其中加入的碳納米管與鉍鹽的質(zhì)量比為2 10 1。步驟(1)中所述的攪拌形成懸濁液的攪拌時間為30 60min。
步驟(1)中所述的鉍鹽為硝酸鉍、氯化鉍或醋酸鉍。步驟(1)中所述的穩(wěn)定劑為葡萄糖酸鈉、乙二胺四乙酸二鈉或丁烷四羧酸。步驟(1)中所述的偏釩酸鹽為偏釩酸鈉、偏釩酸鉀或偏釩酸銨中。步驟(1)中所述的鉍鹽和偏釩酸鹽的摩爾比為1 1。步驟(1)中所述的磷酸鹽緩沖液由物質(zhì)的量濃度為0. 05mol/L的磷酸二氫鉀和 0. 035mol/L的氫氧化鈉組成。步驟O)中所述的堿性溶液為濃度1. 0 3. Omol/L的氫氧化鈉或氫氧化鉀水溶液。碳納米管本身是一種性能良好的吸附劑，具有比表面積大和吸附能力強(qiáng)等特點(diǎn)， 在水處理應(yīng)用中還能夠同時達(dá)到吸附去除重金屬離子等無機(jī)污染物的有益效果。本發(fā)明利用碳納米管獨(dú)特的層狀中空結(jié)構(gòu)特征、比表面積大、吸附能力強(qiáng)等特點(diǎn)，結(jié)合BiVO4的可見光催化活性，成功地制備出具有高催化活性可見光響應(yīng)的碳納米管-納米BiVO4光催化材料，并且將其應(yīng)用于生物難降解廢水的深度處理，可以實現(xiàn)對水中有機(jī)污染物的高效去除， 特別是對常規(guī)處理難以有效去除的持久性微污染物，而且無二次污染問題。有益效果(1)本發(fā)明制備方法簡單易行，對設(shè)備的要求低，可操作性好；(2)本發(fā)明制備的碳納米管粉體釩酸鉍分布均勻，能夠在紫外光和可見光條件下高效降解持久性有毒有害物質(zhì)，利用簡便且可回收再生。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實施例1(1)將硝酸鉍、乙二胺四乙酸二鈉加入到磷酸鹽緩沖液中，磁力攪拌30min，形成懸濁液；將偏釩酸鈉先均勻溶于磷酸鹽緩沖液，然后逐滴加入到上述懸濁液中，不斷磁力攪拌均勻，形成透明溶液；其中硝酸鉍和偏礬酸鈉的物質(zhì)的量濃度均為0. 05mol/L,乙二胺四乙酸二鈉物質(zhì)的量濃度為0. Olmol/L，磷酸鹽緩沖液由物質(zhì)的量濃度為0. 05mol/L的磷酸二氫鉀和0. 035mol/L的氫氧化鈉組成；(2)采用濃度為1. Omol/L的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)上述透明溶液的pH值為6. 0，然后在40°C下加入碳納米管，硝酸鉍與碳納米管的質(zhì)量比為1 2，連續(xù)磁力攪拌混合，離心、過濾，洗滌后，放入馬弗爐，在250°C下焙燒3h，經(jīng)冷卻研磨后，即得碳納米管-納米釩酸鉍復(fù)合光催化劑粉體。實施例2(1)將醋酸鉍、丁烷四羧酸加入到磷酸鹽緩沖液中，磁力攪拌45min，形成懸濁液；將偏釩酸鉀先均勻溶于磷酸鹽緩沖液，然后逐滴加入到上述懸濁液中，不斷磁力攪拌均勻，形成透明溶液；其中醋酸鉍和偏釩酸鉀物質(zhì)的量濃度均為0. 15mol/L，丁烷四羧酸物質(zhì)的量濃度為0. 025mol/L，磷酸鹽緩沖液由物質(zhì)的量濃度為0. 05mol/L的磷酸二氫鉀和0. 035mol/L的氫氧化鈉組成；(2)采用濃度為2. Omol/L的氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)上述透明溶液的pH值為7. 0，然后在70°C下加入碳納米管，醋酸鉍與碳納米管的質(zhì)量比為1 5，連續(xù)磁力攪拌混合，離心、 過濾，洗滌后，放入馬弗爐，在320°C下焙燒證，經(jīng)冷卻研磨后，即得碳納米管-納米釩酸鉍復(fù)合光催化劑粉體。實施例3(1)將氯化鉍、葡萄糖酸鈉加入到磷酸鹽緩沖液中，磁力攪拌60min，形成懸濁液；將偏釩酸銨先均勻溶于磷酸鹽緩沖液，然后逐滴加入到上述懸濁液中，不斷磁力攪拌均勻，形成透明溶液；其中氯化鉍和偏釩酸銨物質(zhì)的量濃度均為0. 25mol/L,葡萄糖酸鈉物質(zhì)的量濃度為0. 05mol/L，磷酸鹽緩沖液由物質(zhì)的量濃度為0. 05mol/L的磷酸二氫鉀和 0. 035mol/L的氫氧化鈉組成；(2)采用濃度為3. Omol/L的氫氧化鉀水溶液調(diào)節(jié)上述透明溶液的pH值為8. 0，然后在100°C下加入碳納米管，氯化鉍和碳納米管的質(zhì)量比為1 10，連續(xù)磁力攪拌混合，離心、過濾，洗滌后，放入馬弗爐，在400°C下焙燒他，經(jīng)冷卻研磨后，即得碳納米管-納米釩酸鉍復(fù)合光催化劑粉體。實施例4廢水處理實驗以某印染廠最終排放的混合印染廢水為處理對象，經(jīng)過微濾膜過濾預(yù)處理后，在其中分別加入相同量通過實施例1 例3所制得的光催化劑，連續(xù)在太陽光下照射4h，對印染廢水的脫色率和C0D&去除率分別如下表所示
權(quán)利要求
1.一種碳納米管-納米釩酸鉍復(fù)合光催化劑的制備方法，包括(1)將鉍鹽、穩(wěn)定劑加入到磷酸鹽緩沖液中，攪拌形成懸濁液；將偏釩酸鹽溶解到磷酸鹽緩沖液中，然后再加入到上述懸濁液中，攪拌形成透明溶液；其中鉍鹽和偏釩酸鹽的物質(zhì)的量濃度均為0. 05 0. 25mol/L，穩(wěn)定劑的物質(zhì)的量濃度為0. 01 0. 05mol/L ；(2)用堿性溶液調(diào)節(jié)上述透明溶液的pH值為6.0 8. 0，然后維持在40 100°C溫度下加入碳納米管，攪拌至混合均勻后離心、過濾、洗滌，再放入馬弗爐中，在250 400°C下焙燒3 6h，最后經(jīng)冷卻研磨，即得；其中加入的碳納米管與鉍鹽的質(zhì)量比為2 10 1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳納米管-納米釩酸鉍復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述的攪拌形成懸濁液的攪拌時間為30 60min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳納米管-納米釩酸鉍復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述的鉍鹽為硝酸鉍、氯化鉍或醋酸鉍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳納米管-納米釩酸鉍復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述的穩(wěn)定劑為葡萄糖酸鈉、乙二胺四乙酸二鈉或丁烷四羧酸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳納米管-納米釩酸鉍復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述的偏釩酸鹽為偏釩酸鈉、偏釩酸鉀或偏釩酸銨。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳納米管-納米釩酸鉍復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述的鉍鹽和偏釩酸鹽的摩爾比為1 1。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳納米管-納米釩酸鉍復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述的磷酸鹽緩沖液由物質(zhì)的量濃度為0. 05mol/L的磷酸二氫鉀和 0. 035mol/L的氫氧化鈉組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳納米管-納米釩酸鉍復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于步驟O)中所述的堿性溶液為濃度1. 0 3. Omol/L的氫氧化鈉或氫氧化鉀水溶液。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種碳納米管-納米釩酸鉍復(fù)合光催化劑的制備方法，包括(1)將鉍鹽、穩(wěn)定劑加入到磷酸鹽緩沖液中，攪拌形成懸濁液；將偏釩酸鹽溶解到磷酸鹽緩沖液中，然后再加入到上述懸濁液中，攪拌形成透明溶液；(2)用堿性溶液調(diào)節(jié)上述透明溶液的pH值為6.0～8.0，然后維持在40～100℃溫度下加入碳納米管，攪拌至混合均勻后離心、過濾、洗滌，再放入馬弗爐中焙燒，最后經(jīng)冷卻研磨，即得。本發(fā)明制備方法簡單易行，對設(shè)備的要求低，可操作性好；本發(fā)明制備的碳納米管粉體釩酸鉍分布均勻，能夠在紫外光和可見光條件下高效降解持久性有毒有害物質(zhì)，利用簡便且可回收再生。
文檔編號B01J23/22GK102500356SQ20111035807
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月11日
發(fā)明者劉保江, 劉振鴻, 張士兵, 薛罡, 高品 申請人:上海銳浦環(huán)境技術(shù)發(fā)展有限公司, 東華大學(xué)