氮化碳納米粒子修飾釩酸鉍復合光催化劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氮化碳納米粒子修飾釩酸鉍復合光催化劑及其制備方法，氮化碳納米粒子離散地復合于多孔釩酸鉍表面，多孔釩酸鉍由彎曲的釩酸鉍納米棒構成，制備方法是先制備氮化碳粉末；然后將氮化碳粉末加入到高純水中，超聲分散；加入五水合硝酸鉍攪拌至完全溶解；加入偏釩酸銨繼續(xù)攪拌；離心分離、洗滌、干燥，得到固體樣品；最后進行熱處理后研磨成粉末。本發(fā)明的復合光催化劑中氮化碳納米粒子尺寸較小，離散地復合于多孔釩酸鉍的表面，有利于暴露出高活性的氮化碳-釩酸鉍相界面和減小電荷傳輸距離，在環(huán)境污染控制、能源等領域具有廣泛的應用前景；同時該復合光催化劑的制備方法簡單、成本低廉、重復性好，能夠很好地滿足量產(chǎn)要求。
【專利說明】氮化碳納米粒子修飾釩酸鉍復合光催化劑及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及無機納米光催化劑材料領域，具體的說，特別涉及一種復合光催化劑及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著社會的不斷發(fā)展，人們對能源的需求量日益增加，對自身生存環(huán)境的要求也越來越高。然而，當今世界卻面臨著能源危機和環(huán)境污染兩大問題，這主要是因為世界各國能源主要為化石能源，例如:石油、煤炭、天然氣等。這些能源是經(jīng)過幾億年的漫長過程才形成的，屬于不可再生的資源。按照目前的消耗速度，化石能源在不久的將來便會面臨枯竭。同時，化石能源的過度使用，釋放的有害氣體、液體及固態(tài)污染物造成了嚴重的環(huán)境污染。雖然人們的節(jié)能與環(huán)保意識越來越強，但能源短缺與環(huán)境污染問題依然是當今世界所面臨的兩個最大挑戰(zhàn)，嚴重制約著社會的可持續(xù)發(fā)展，有效解決這兩個問題是全人類需要共同面對的重大課題。
[0003]太陽能是一種可再生能源，具有取之不盡用之不竭、清潔無污染等優(yōu)點。研究表明如果能夠充分利用太陽能，以上兩個問題便可迎刃而解。但是，目前人類利用太陽能的形式較少，而且效率很低，遠遠達不到人們的需求。因此尋找一種高效利用太陽能的方式成為一個急需解決的問題。
[0004]自從1972年日本科學家發(fā)現(xiàn)二氧化鈦具有光催化效應以來，光催化受到了越來越多的關注。利用半導體的光催化效應可以有效地將太陽能轉化為可利用的化學能形式。1經(jīng)過四十多年的發(fā)展，光催化取得了顯著地發(fā)展。2目前研究最多的光催化劑為二氧化鈦(TiO2)，其具有來源廣泛，價格低廉，性能穩(wěn)定及光催化性能較好等優(yōu)點，得到了廣泛關注。但是TiO2的帶隙較大(金紅石為3.0eV ;銳鈦礦為3.2eV)，其只能被紫外光激發(fā)，而紫外光只占太陽光的一小部分(大約為4%)，無法滿足充分利用太陽能的目的。而太陽能中可見光占的比例高達43 %，充分利用太陽能中的可見光部分具有重大意義，因此開發(fā)具有可見光響應性能的光催化劑成為一種必須。經(jīng)過各國科學家的不斷努力，多種具有可見光光催化劑被開發(fā)出來。3例如，1998年日本Kudo所在的研究小組發(fā)現(xiàn)，釩酸鉍(BiVO4)是一種良好的可見光催化劑，帶隙為2.4eV，價帶和導帶位置分別位于+2.7eV和+0.3eV，其光生電子-空穴對具有較強的氧化還原能力。但是，通過一般手段合成的釩酸鉍粒徑較大，光生電荷傳輸?shù)奖砻娴木嚯x較長，而且其傳輸電荷的能力較差，因此造成了嚴重的體相電荷充足，其量子效率較低無法滿足實際應用。4同樣，石墨型氮化碳(g_C3N4)也被發(fā)現(xiàn)是一種不含金屬元素的光催化劑，其帶隙為2.7eV，其帶隙結構決定了其可以光解水產(chǎn)生氫氣和氧氣，具有廣泛的應用前景，5，6但是大塊狀的氮化碳比表面積較小，電荷重組速率較快，造成量子產(chǎn)率較低，其實際應用受到了限制。
[0005]研究表明，在g_C3N4和BiVO4之間形成的異質結中，光生電子和空穴分別向氮化碳和釩酸鉍轉移，從而提高了光生電荷的分離效率。目前報道的g_C3N4/BiV04復合光催化劑主要由尺寸較大的氮化碳和釩酸鉍混合到一起形成大塊狀的催化劑。在這樣的固體催化劑中，氮化碳與釩酸鉍的尺寸均較大，二者缺乏足夠的結合力，因此形成的異質結質量較差。不僅如此，其缺點還包括催化劑尺寸大、比表面積小、電荷由體相到表面?zhèn)鬏斁嚯x大、高活性的相界面暴露較少等；這些缺點使氮化碳和釩酸鉍之間的協(xié)同作用難以有效地發(fā)揮，限制了其光催化活性的進一步提高。因此，有效控制g_C3N4/BiV04復合光催化劑的形貌和結構具有重要意義。
[0006]參考文獻:
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明要解決的技術問題在于，現(xiàn)有的8_(^4/^￥04復合光催化劑具有尺寸較大、比表面積小、電荷由體相到表面?zhèn)鬏斁嚯x大、高活性相界面暴露不足、難以充分發(fā)揮氮化碳和釩酸鉍的協(xié)同作用等缺點，構建一種能夠促進電荷高效分離、具有高光催化活性的氮化碳納米粒子修飾f凡酸秘復合光催化劑及其制備方法，該復合光催化劑中氮化碳納米粒子離散地復合于多孔釩酸鉍的表面，有利于暴露出高活性的氮化碳-釩酸鉍相界面，在環(huán)境污染控制、能源等領域具有廣泛的應用前景；同時該復合光催化劑的制備方法簡單、成本低廉、重復性好，能夠很好地滿足量產(chǎn)要求。
[0014]為了解決上 述技術問題，本發(fā)明通過以下的技術方案予以實現(xiàn):
[0015]一種氮化碳納米粒子修飾釩酸鉍復合光催化劑，氮化碳納米粒子離散地復合于多孔釩酸鉍表面，所述氮化碳納米粒子的粒徑為5-10nm，所述多孔釩酸鉍由彎曲的釩酸鉍納米棒構成，所述f凡酸秘納米棒的直徑為50-150nm。
[0016]一種氮化碳納米粒子修飾釩酸鉍復合光催化劑的制備方法，該方法按照以下步驟進行:
[0017](I)將三聚氰胺粉末加入到坩堝中，將坩堝加蓋后放入程序升溫控制的裝置中，以5-200C /min的升溫速率升溫至490-510°C，保持2_4h ;然后繼續(xù)升溫至520_550°C，保持2_4h，得到氮化碳粉末；
[0018](2)取重量份為15份的氮化碳粉末加入到高純水中，超聲分散處理至分散均勻；
[0019](3)在步驟(2)得到的懸濁液中加入重量份為1-5份的五水合硝酸鉍，充分攪拌至完全溶解；
[0020](4)在步驟(3)得到的懸濁液中加入與所述五水合硝酸鉍等摩爾量的偏釩酸銨，室溫下繼續(xù)攪拌24-72h ；[0021](5)將步驟(4)得到的懸濁液離心分離、洗滌、干燥，得到固體樣品；
[0022](6)將步驟(5)得到的固體樣品在400_500°C的條件下熱處理2_6h ；
[0023](7)將步驟(6)得到的樣品研磨成粉末，即得最終產(chǎn)品。
[0024]優(yōu)選地，步驟(1)中以10_15°C /min的升溫速率升溫至500°C ;然后繼續(xù)升溫至520。。。
[0025]優(yōu)選地，步驟(4)中的攪拌時間為24_36h。
[0026]優(yōu)選地，步驟(6)中的熱處理溫度為425_475°C。
[0027]優(yōu)選地，步驟(6)中的熱處理時間為3_5h。
[0028]本發(fā)明的有益效果是:
[0029]本發(fā)明以多孔氮化碳為釩酸鉍 的生成模板，增大了釩酸鉍的比表面積，并通過熱處理的手段減小了氮化碳的尺寸，從而構建出一種氮化碳納米粒子離散復合于多孔釩酸鉍上的g_C3N4/BiV04復合光催化劑。在該復合光催化劑中，氮化碳納米粒子尺寸為5-10nm,釩酸鉍納米棒直徑為50-150nm，這樣的尺寸均能保證光生電荷順利地從體相傳輸?shù)酱呋瘎┍砻?，減小體相復合速率；多孔釩酸鉍增大了釩酸鉍的比表面積，也大大提高了其光催化性能；同時，在該g_C3N4/BiV04復合光催化劑中，氮化碳納米粒子離散地復合于鑰;酸秘表面，有利于充分暴露高活性的相界面，也有利于釩酸鉍和氮化碳同時接觸反應液，更好地發(fā)揮氮化碳和釩酸鉍之間的協(xié)同作用。
[0030]因而，本發(fā)明的氮化碳納米粒子修飾釩酸鉍復合光催化劑，其光生電荷的分離效率大大提升，與傳統(tǒng)的塊狀g_C3N4/BiV04復合光催化劑相比，其比表面積明顯增大，暴露的活性位點數(shù)量顯著增加，光生電荷的分離效率得到進一步提升，使該復合光催化劑具有優(yōu)越的光催化性能。
[0031]經(jīng)試驗表明，本發(fā)明的氮化碳納米粒子修飾釩酸鉍復合光催化劑具有良好的可見光響應性能，電荷重組效率大大降低；光催化降解有機染料亞甲基藍(MB)溶液的測試結果表明，該復合光催化劑的可見光光催化性能大大增加。從理論上可以預測，該復合光催化劑可以廣泛的應用到光催化降解污染物、光解水制氫及光催化二氧化碳還原等能源與環(huán)境治理領域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是實施例1所制備的氮化碳納米粒子修飾釩酸鉍復合光催化劑的掃描電鏡圖(SEM)；
[0033]圖2是實施例1所制備的氮化碳納米粒子修飾釩酸鉍復合光催化劑的透射電鏡圖(TEM)；
[0034]圖3是實施例1所制備的氮化碳納米粒子修飾釩酸鉍復合光催化劑的XRD圖譜；
[0035]圖4是實施例1所制備的氮化碳納米粒子修飾釩酸鉍復合光催化劑的FT-1R圖譜；
[0036]圖5是實施例1所制備的氮化碳納米粒子修飾釩酸鉍復合光催化劑的紫外吸收光譜圖(UV-Vis)；
[0037]圖6是實施例1所制備的氮化碳納米粒子修飾釩酸鉍復合光催化劑的可見光光催化性能測試圖，參考為直接光解、商業(yè)性P25、純的氮化碳以及釩酸鉍。【具體實施方式】
[0038]下面通過具體的實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述，以下實施例可以使本專業(yè)技術人員更全面的理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。
[0039]實施例1
[0040]第一步，取一定量的三聚氰胺粉末加入到坩堝中，將坩堝加蓋構成一個半封閉的環(huán)境，然后放入到程序升溫控制的馬弗爐中，以10°c /min的升溫速率將溫度由室溫升至500 0C，并在此溫度下保持2h。
[0041]第二步，將馬弗爐的溫度以2V /min的升溫速率升至520°C，并在此溫度下繼續(xù)保持2h，進行進一步的脫氨作用。待冷卻至室溫以后，將得到的產(chǎn)品放到瑪瑙研缽中研磨，得到氮化碳粉末。
[0042]第三步，按重量份取第二步得到的氮化碳15份(0.552g)，加入到高純水中，超聲分散處理30min，使其分散均勻。
[0043]第四步，在劇烈攪拌的條件下，加入重量份為3份(0.582g)的五水合硝酸鉍，充分攪拌至完全溶解。
[0044]第五步，加入與五水合硝酸鉍等摩爾量的偏釩酸銨(0.14g)，室溫下繼續(xù)攪拌48h。
[0045]第六步，離心分離、洗滌、干燥后得到固體，充分研磨后，加入坩堝中，放入到程序控溫的馬弗爐中，在450 0C條件下熱處理4h。
[0046]第七步，冷卻至室溫后，將得到的樣品研磨至粉末，便可得到最終產(chǎn)品。
[0047]圖1為本實施例所制備的氮化碳納米粒子修飾多孔釩酸鉍復合光催化劑的掃描電子顯微鏡圖(SEM)，我們可以看到，所得樣品呈現(xiàn)多孔網(wǎng)狀結構，由彎曲的納米棒組成，納米棒直徑大約為lOOnm。
[0048]圖2為本實施例1所制備的氮化碳納米粒子修飾多孔釩酸鉍復合光催化劑的透射電子電鏡圖，可以看出氮化碳納米粒子的尺寸大約為5nm，氮化碳納米粒子離散地結合到了多孔釩酸鉍的表面，形成了清晰地界面，表明形成了優(yōu)質的異質結結構。這樣的離散分布有利于保證高活性的氮化碳與釩酸鉍界面的充分暴露。
[0049]圖3為本實施例1所制備氮化碳納米粒子修飾多孔釩酸鉍復合光催化劑的XRD衍射圖譜，其中27.9°處的小峰歸屬于氮化碳，而其他峰則歸屬于單斜相釩酸鉍，這說明兩種物質都存在，并且釩酸鉍的衍射峰比較尖銳，說明釩酸鉍的結晶度非常好。
[0050]圖4為本實施例所制備氮化碳納米粒子修飾多孔釩酸鉍復合光催化劑的紅外譜圖，通過對比可以看出，復合光催化劑中包含了釩酸鉍和氮化碳兩種物質的震動峰，進一步證明了復合光催化劑中包含了釩酸鉍和氮化碳兩種物質。
[0051]圖5為本實施例所制備氮化碳納米粒子修飾多孔釩酸鉍復合光催化劑的紫外-可見吸收光譜圖，可以看出該復合光催化劑具有良好的可見光響應性能，其吸收邊位于530nm左右，說明該光催化劑可以用作良好的可見光催化劑。
[0052]圖6為本實施例所制備氮化碳納米粒子修飾多孔釩酸鉍復合光催化劑的光催化性能測試曲線，所用MB染料濃度為10mg/L，復合光催化劑的用量為50mg，所用光是波長大于420nm的可見光。我們可以看出，在不加催化劑的光解反應實驗或以商業(yè)化的P25為催化劑的試驗中，在180min內(nèi)MB濃度下降量比較小,而純鑰;酸秘60min可降解54%,純的氮化碳180min可以降解34%。本實施例制備的復合光催化劑在60min可降解96%的MB,顯示出極為優(yōu)異的光催化活性，說明該實施例制備的復合光催化劑可以應用于環(huán)境保護領域。
[0053]實施例2
[0054]第一步，取一定量的三聚氰胺粉末加入到坩堝中，將坩堝加蓋構成一個半封閉的環(huán)境，然后放入到程序升溫控制的馬弗爐中，以15°C /min的升溫速率將溫度由室溫升至500 0C，并在此溫度下保持4h。
[0055]第二步，將馬弗爐的溫度以2V /min的升溫速率升至550°C，并在此溫度下繼續(xù)保持4h，進行進一步的脫氨作用。待冷卻至室溫以后，將得到的產(chǎn)品放到瑪瑙研缽中研磨，得到氮化碳粉末。
[0056]第三步，按重量份取第二步得到的氮化碳15份(0.552g)，加入到高純水中，超聲分散處理30min，使其分散均勻。
[0057]第四步，在劇烈攪拌的條件下，加入重量份為3份(0.582g)的五水合硝酸鉍，充分攪拌至完全溶解。
[0058]第五步，加入與五水合硝酸鉍等摩爾量的偏釩酸銨(0.14g)，室溫下繼續(xù)攪拌48h。
[0059]第六步，離心分離、洗滌、干燥后得到固體，充分研磨后，加入坩堝中，放入到程序控溫的馬弗爐中，在500°C條件下熱處理2h。
[0060]第七步，冷卻至室溫后，將得到的樣品研磨至粉末，便可得到最終產(chǎn)品。
[0061]本實施例所制備樣品通過掃描電子顯微鏡(SEM)表征結果，所得到的的樣品呈現(xiàn)多孔網(wǎng)狀結構，由彎曲的納米棒組成,納米棒直徑大約為lOOnm。通過透射電子電鏡圖，可以看出氮化碳納米粒子的尺寸大約為5nm，氮化碳納米粒子離散地結合到了多孔釩酸鉍的表面，形成了清晰地界面，表明形成了優(yōu)質的異質結結構。這樣的離散分布有利于保證高活性的氮化碳與釩酸鉍界面的充分暴露。XRD衍射表征結果顯示，在27.9°處出現(xiàn)小峰，可以歸屬于氮化碳相，而其他峰則歸屬于單斜相釩酸鉍，這說明兩種物質都存在，并且釩酸鉍的衍射峰比較尖銳，說明釩酸鉍的結晶度非常好。紅外光譜表征結果表明復合催化劑中包含了釩酸鉍和氮化碳兩種物質的震動峰，進一步證明了復合光催化劑中包含了釩酸鉍和氮化碳兩種物質。紫外-可見吸收表征結果表明，復合光催化劑具有良好的可見光響應性能，其吸收邊位于530nm左右，說明該光催化劑可以用作良好的可見光光催化劑。光催化降解實驗所用MB染料濃度為10mg/L，復合光催化劑的用量為50mg，所用光是波長大于420nm的可見光。實驗結果表明，光解以及商業(yè)性的P25，在ISOmin內(nèi)MB濃度下降量比較小，說明在此兩種條件下MB不能被有效降解。用純釩酸鉍作為光催化劑，在180min可降解76%，用純的氮化碳作為光催化劑，180min可以降解58%。對于本實施例制備的復合光催化劑在120min內(nèi)可降解96%的MB，顯示出極為優(yōu)異的光催化活性，說明該實施例制備的復合光催化劑可以應用于環(huán)境保護領域。
[0062]實施例3
[0063]第一步，取一定量的三聚氰胺粉末加入到坩堝中，將坩堝加蓋構成一個半封閉的環(huán)境，然后放入到程序升溫控制的馬弗爐中，以5°C /min的升溫速率將溫度由室溫升至490 C，并在此溫度下保持3h。[0064]第二步，將馬弗爐的溫度以2°C /min的升溫速率升至540°C，并在此溫度下繼續(xù)保持3h，進行進一步的脫氨作用。待冷卻至室溫以后，將得到的產(chǎn)品放到瑪瑙研缽中研磨，得到氮化碳粉末。
[0065]第三步，按重量份取第二步得到的氮化碳15份(0.552g)，加入到高純水中，超聲分散處理30min，使其分散均勻。
[0066]第四步，在劇烈攪拌的條件下，加入重量份為I份(0.194g)的五水合硝酸鉍，充分攪拌至完全溶解。
[0067]第五步，加入與五水合硝酸鉍等摩爾量的偏釩酸銨(0.0468g)，室溫下繼續(xù)攪拌24h。
[0068]第六步，離心分離、洗滌、干燥后得到固體，充分研磨后，加入坩堝中，放入到程序控溫的馬弗爐中，在450 0C條件下熱處理4h。
[0069]第七步，冷卻至室溫后，將得到的樣品研磨至粉末，便可得到最終產(chǎn)品。
[0070]本實施例所制備樣品通過掃描電子顯微鏡(SEM)表征結果，所得到的的樣品呈現(xiàn)多孔網(wǎng)狀結構，由彎曲的納米棒組成,納米棒直徑大約為50nm。通過透射電子電鏡圖，可以看出氮化碳納米粒子的尺寸大約為IOnm,氮化碳納米粒子離散地結合到了多孔f凡酸秘的表面，形成了清晰地界面，表明形成了高質量的異質結結構。這樣的離散分布有利于保證高活性的氮化碳與釩酸鉍界面的充分暴露。XRD衍射表征結果顯示，在27.9°處出現(xiàn)小峰，可以歸屬于氮化碳相，而其他峰則歸屬于單斜相釩酸鉍，這說明兩種物質都存在，并且釩酸鉍的衍射峰比較尖銳，說明釩酸鉍的結晶度非常好。紅外光譜表征結果表明復合催化劑中包含了釩酸鉍和氮化碳兩種物質的震動峰，進一步證明了復合光催化劑中包含了釩酸鉍和氮化碳兩種物質。紫外-可見吸收表征結果表明，復合光催化劑具有良好的可見光響應性能，其吸收邊位于520nm左右，說明該光催化劑可以用作良好的可見光光催化劑。光催化降解實驗所用MB染料濃度為10mg/L，復合光催化劑的用量為50mg，所用光是波長大于420nm的可見光。實驗結果表明，光解以及商業(yè)性的P25，在180min內(nèi)MB濃度下降量比較小，說明在此兩種條件下MB不能被有效降解。用純釩酸鉍作為光催化劑，在90min可降解67%，用純的氮化碳作為光催化劑，90min可以降解47%。對于本實施例制備的復合光催化劑在90min內(nèi)可降解91 %的MB，顯示出極為優(yōu)異的光催化活性，說明該實施例制備的復合光催化劑可以應用于環(huán)境保護領域。
[0071]實施例4
[0072]第一步，取一定量的三聚氰胺粉末加入到坩堝中，將坩堝加蓋構成一個半封閉的環(huán)境，然后放入到程序升溫控制的馬弗爐中，以20°C /min的升溫速率將溫度由室溫升至510°C，并在此溫度下保持3h。
[0073]第二步，將馬弗爐的溫度以2V /min的升溫速率升至530°C，并在此溫度下繼續(xù)保持2h，進行進一步的脫氨作用。待冷卻至室溫以后，將得到的產(chǎn)品放到瑪瑙研缽中研磨，得到氮化碳粉末。
[0074]第三步，按重量份取第二步得到的氮化碳15份(0.552g)，加入到高純水中，超聲分散處理30min，使其分散均勻。
[0075]第四步，在劇烈攪拌的條件下，加入重量份為2份(0.388g)的五水合硝酸鉍，充分攪拌至完全溶解。[0076]第五步，加入與五水合硝酸鉍等摩爾量的偏釩酸銨(0.0936g)，室溫下繼續(xù)攪拌72h。
[0077]第六步，離心分離、洗滌、干燥后得到固體，充分研磨后，加入坩堝中，放入到程序控溫的馬弗爐中，在425°C條件下熱處理6h。
[0078]第七步，冷卻至室溫后，將得到的樣品研磨至粉末，便可得到最終產(chǎn)品。
[0079]本實施例所制備樣品通過掃描電子顯微鏡(SEM)表征結果，所得到的的樣品呈現(xiàn)多孔網(wǎng)狀結構，由彎曲的納米棒組成,納米棒直徑大約為80nm。通過透射電子電鏡圖，可以看出氮化碳納米粒子的尺寸大約為8nm,氮化碳納米粒子離散地結合到了多孔f凡酸秘的表面，形成了清晰地界面，表明形成了高質量的異質結結構。這樣的離散分布有利于保證高活性的氮化碳與釩酸鉍界面的充分暴露。XRD衍射表征結果顯示，在27.9°處出現(xiàn)小峰，可以歸屬于氮化碳相，而其他峰則歸屬于單斜相釩酸鉍，這說明兩種物質都存在，并且釩酸鉍的衍射峰比較尖銳，說明釩酸鉍的結晶度非常好。紅外光譜表征結果表明復合催化劑中包含了釩酸鉍和氮化碳兩種物質的震動峰，進一步證明了復合光催化劑中包含了釩酸鉍和氮化碳兩種物質。紫外-可見吸收表征結果表明，復合光催化劑具有良好的可見光響應性能，其吸收邊位于525nm左右，說明該光催化劑可以用作良好的可見光光催化劑。光催化降解實驗所用MB染料濃度為10mg/L，復合光催化劑的用量為50mg，所用光是波長大于420nm的可見光。實驗結果表明，光解以及商業(yè)性的P25，在ISOmin內(nèi)MB濃度下降量比較小，說明在此兩種條件下MB不能被有效降解。用純釩酸鉍作為光催化劑，在120min可降解76%，用純的氮化碳作為光催化劑，120min可以降解58%。對于本實施例制備的復合光催化劑在120min內(nèi)可降解87%的MB，顯示出極為優(yōu)異的光催化活性，說明該實施例制備的復合光催化劑可以應用于環(huán)境保護領域。
[0080]實施例5
[0081]第一步，取一定量的三聚氰胺粉末加入到坩堝中，將坩堝加蓋構成一個半封閉的環(huán)境，然后放入到程序升溫控制的馬弗爐中，以10°c /min的升溫速率將溫度由室溫升至490 C，并在此溫度下保持2h。
[0082]第二步，將馬弗爐的溫度以2V /min的升溫速率升至550°C，并在此溫度下繼續(xù)保持2h，進行進一步的脫氨作用。待冷卻至室溫以后，將得到的產(chǎn)品放到瑪瑙研缽中研磨，得到氮化碳粉末。
[0083]第三步，按重量份取第二步得到的氮化碳15份(0.552g)，加入到高純水中，超聲分散處理30min，使其分散均勻。
[0084]第四步，在劇烈攪拌的條件下，加入重量份為4份(0.776g)的五水合硝酸鉍，充分攪拌至完全溶解。
[0085]第五步，加入與五水合硝酸鉍等摩爾量的偏釩酸銨(0.187g)，室溫下繼續(xù)攪拌32h。
[0086]第六步，離心分離、洗滌、干燥后得到固體，充分研磨后，加入坩堝中，放入到程序控溫的馬弗爐中，在475°C條件下熱處理3h。
[0087]第七步，冷卻至室溫后，將得到的樣品研磨至粉末，便可得到最終產(chǎn)品。
[0088]本實施例所制備樣品通過掃描電子顯微鏡(SEM)表征結果，所得到的的樣品呈現(xiàn)多孔網(wǎng)狀結構，由彎曲的納米棒組成,納米棒直徑大約為120nm。通過透射電子電鏡圖，可以看出氮化碳納米粒子的尺寸大約為6nm,氮化碳納米粒子離散地結合到了多孔f凡酸秘的表面，形成了清晰地界面，表明形成了高質量的異質結結構。這樣的離散分布有利于保證高活性的氮化碳與釩酸鉍界面的充分暴露。XRD衍射表征結果顯示，在27.9°處出現(xiàn)小峰，可以歸屬于氮化碳相，而其他峰則歸屬于單斜相釩酸鉍，這說明兩種物質都存在，并且釩酸鉍的衍射峰比較尖銳，說明釩酸鉍的結晶度非常好。紅外光譜表征結果表明復合催化劑中包含了釩酸鉍和氮化碳兩種物質的震動峰，進一步證明了復合光催化劑中包含了釩酸鉍和氮化碳兩種物質。紫外-可見吸收表征結果表明，復合光催化劑具有良好的可見光響應性能，其吸收邊位于530nm左右，說明該光催化劑可以用作良好的可見光光催化劑。光催化降解實驗所用MB染料濃度為10mg/L，復合光催化劑的用量為50mg，所用光是波長大于420nm的可見光。實驗結果表明，光解以及商業(yè)性的P25，在180min內(nèi)MB濃度下降量比較小，說明在此兩種條件下MB不能被有效降解。用純釩酸鉍作為光催化劑，在90min可降解67%，用純的氮化碳作為光催化劑，90min可以降解44%。對于本實施例制備的復合光催化劑在120min內(nèi)可降解97%的MB，顯示出極為優(yōu)異的光催化活性，說明該實施例制備的復合光催化劑可以應用于環(huán)境保護領域。
[0089]實施例6
[0090]第一步，取一定量的三聚氰胺粉末加入到坩堝中，將坩堝加蓋構成一個半封閉的環(huán)境，然后放入到程序升溫控制的馬弗爐中，以12°C /min的升溫速率將溫度由室溫升至510°C，并在此溫度下保持4h。
[0091]第二步，將馬弗爐的溫度以2V /min的升溫速率升至520°C，并在此溫度下繼續(xù)保持4h，進行進一步的脫氨作用。待冷卻至室溫以后，將得到的產(chǎn)品放到瑪瑙研缽中研磨，得到氮化碳粉末。
[0092]第三步，按重量份取第二步得到的氮化碳15份(0.552g)，加入到高純水中，超聲分散處理30min，使其分散均勻。
[0093]第四步，在劇烈攪拌的條件下，加入重量份為5份(0.97g)的五水合硝酸鉍，充分攪拌至完全溶解。
[0094]第五步，加入與五水合硝酸鉍等摩爾量的偏釩酸銨(0.234g)，室溫下繼續(xù)攪拌36h。
[0095]第六步，離心分離、洗滌、干燥后得到固體，充分研磨后，加入坩堝中，放入到程序控溫的馬弗爐中，在400°C條件下熱處理5h。
[0096]第七步，冷卻至室溫后，將得到的樣品研磨至粉末，便可得到最終產(chǎn)品。
[0097]本實施例所制備樣品通過掃描電子顯微鏡(SEM)表征結果，所得到的的樣品呈現(xiàn)多孔網(wǎng)狀結構，由彎曲的納米棒組成,納米棒直徑大約為150nm。通過透射電子電鏡圖，可以看出氮化碳納米粒子的尺寸大約為6nm,氮化碳納米粒子離散地結合到了多孔f凡酸秘的表面，形成了清晰地界面，表明形成了高質量的異質結結構。這樣的離散分布有利于保證高活性的氮化碳與釩酸鉍界面的充分暴露。XRD衍射表征結果顯示，在27.9°處出現(xiàn)小峰，可以歸屬于氮化碳相，而其他峰則歸屬于單斜相釩酸鉍，這說明兩種物質都存在，并且釩酸鉍的衍射峰比較尖銳，說明釩酸鉍的結晶度非常好。紅外光譜表征結果表明復合催化劑中包含了釩酸鉍和氮化碳兩種物質的震動峰，進一步證明了復合光催化劑中包含了釩酸鉍和氮化碳兩種物質。紫外-可見吸收表征結果表明，復合光催化劑具有良好的可見光響應性能，其吸收邊位于530nm左右，說明該光催化劑可以用作良好的可見光光催化劑。光催化降解實驗所用MB染料濃度為10mg/L，復合光催化劑的用量為50mg，所用光是波長大于420nm的可見光。實驗結果表明，光解以及商業(yè)性的P25，在ISOmin內(nèi)MB濃度下降量比較小，說明在此兩種條件下MB不能被有效降解。用純釩酸鉍作為光催化劑，在120min可降解76%，用純的氮化碳作為光催化劑，120min可以降解58%。對于本實施例制備的復合光催化劑在120min內(nèi)可降解88%的MB，顯示出極為優(yōu)異的光催化活性，說明該實施例制備的復合光催化劑可以應用于環(huán)境保護領域。
[0098]盡管上面結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可以作出很多形式的具體變換，這些均屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種氮化碳納米粒子修飾f凡酸秘復合光催化劑，其特征在于，氮化碳納米粒子離散地復合于多孔釩酸鉍表面，所述氮化碳納米粒子的粒徑為5-10nm，所述多孔釩酸鉍由彎曲的鑰;酸秘納米棒構成，所述f凡酸秘納米棒的直徑為50-150nm。
2.一種如權利要求1所述的氮化碳納米粒子修飾釩酸鉍復合光催化劑的制備方法，其特征在于，該方法按照以下步驟進行: (1)將三聚氰胺粉末加入到坩堝中，將坩堝加蓋后放入程序升溫控制的裝置中，以5-200C /min的升溫速率升溫至490-510°C，保持2_4h ;然后繼續(xù)升溫至520_550°C，保持2_4h，得到氮化碳粉末； (2)取重量份為15份的氮化碳粉末加入到高純水中，超聲分散處理至分散均勻； (3)在步驟(2)得到的懸濁液中加入重量份為1-5份的五水合硝酸鉍，充分攪拌至完全溶解； (4)在步驟(3)得到的懸濁液中加入與所述五水合硝酸鉍等摩爾量的偏釩酸銨，室溫下繼續(xù)攪拌24-72h ； (5)將步驟(4)得到的懸濁液離心分離、洗滌、干燥，得到固體樣品； (6)將步驟(5)得到的固體樣品在400-500°C的條件下熱處理2-6h； (7)將步驟(6)得到的樣品研磨成粉末，即得最終產(chǎn)品。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種氮化碳納米粒子修飾釩酸鉍復合光催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(I)中以10-15°C /min的升溫速率升溫至500°C ;然后繼續(xù)升溫至520°C。
4.根據(jù)權利要求2所述的一種氮化碳納米粒子修飾釩酸鉍復合光催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(4)中的攪拌時間為24-36h。
5.根據(jù)權利要求2所述的一種氮化碳納米粒子修飾釩酸鉍復合光催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(6)中的熱處理溫度為425-475°C。
6.根據(jù)權利要求2所述的一種氮化碳納米粒子修飾釩酸鉍復合光催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(6)中的熱處理時間為3-5h。
【文檔編號】B01J27/24GK103990485SQ201410229116
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月27日 優(yōu)先權日:2014年5月27日
【發(fā)明者】鞏金龍, 李長江, 王拓, 魏一佳, 張鵬, 李盎 申請人:天津大學