一种漂浮型水凝胶光催化剂的制备方法及其应用

1.本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种用于去除水中藻类的漂浮型bivo4/ag3vo4水凝胶光催化剂的制备方法。


背景技术：

2.近年来，光催化技术的不断发展使其在环境领域得到了越来越广泛的应用，成为了在水处理中最先进的技术之一。光催化具有环境可持续和使用成本低的优势，已被广泛用于解决各种环境问题。传统的光催化剂往往存在仅对紫外光有反应以及相应的光激发电子-空穴复合快速等缺点，导致此类光催化剂在可见光下显示出有限的藻类去除性能，这限制了它们的实际应用。并且，传统的光催化剂一般为粉末状，难回收，易造成二次污染，无法在实际水体环境中应用，因此，制备一种可见光下光催化性能强、稳定性好、光生电荷的分离效率高且易回收的光催化剂势在必行。
3.目前还未有的一种漂浮型bivo4/ag3vo4水凝胶光催化剂及其制备的相关专利报道。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种用于去除水中藻类的漂浮型bivo4/ag3vo4水凝胶光催化剂的制备方法。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种漂浮型bivo4/ag3vo4水凝胶光催化剂的制备方法，包括以下步骤：（1）首先是bivo4的制备：制备浓度为1.84 m的硝酸溶液；接着，将0.02mol（9.8g）bi(no3)3·
5h2o加入到50ml的1.84m的硝酸溶液中，得到溶液a；再将0.02mol（2.34g）na3vo4·
12h2o加入到50ml的1.84m的硝酸溶液中，得到溶液b。待a和b溶液充分溶解后，将两种溶液混合，并加入尿素，然后在95℃下搅拌；完成后用去离子水洗涤，并在80℃下干燥获得。
6.（2）然后是bivo4/ag3vo4的制备：在超声条件下，将得到的0.3g bivo4分散在50ml超纯水中。在上述分散液中加入0.174g agno3溶液，搅拌30min。之后将溶解在50ml水中的0.1368g na3vo4·
12h2o滴加到上述溶液中，然后用0.1m naoh溶液调整ph至10，最后在黑暗条件下搅拌6h，得到bivo4/ag3vo4催化剂。
7.（3）最后是水凝胶光催化剂的制备：将2.5g pva和0.3g海藻酸钠溶解在水中，在95℃水浴加热5h，得到透明均匀溶液；然后向该溶液中加入适量的bivo4/ag3vo4光催化剂，快速搅拌3min，后加入0.5g中空玻璃微珠增强漂浮性和抗压强度，快速搅拌30s后，立即倒入模具中，在-20℃下冷冻6h，室温下解冻2h，再冷冻-解冻循环3次，得到漂浮型bivo4/ag3vo4水凝胶光催化剂。
8.应用：漂浮型bivo4/ag3vo4水凝胶光催化剂可应用于可见光或太阳光下去除有毒有害藻类和污染物。
9.本发明的优点在于：本发明先进行bivo4/ag3vo4粉末光催化剂的合成，再通过负载制备漂浮型，从而制备出一种在可见光下能去除水中有毒有害藻类的漂浮型光催化剂材料。由于传统单纯的bivo4/ag3vo4催化剂无法做到机动性且可回收性的除藻，还往往会造成水体环境的二次污染，本发明的创造点在于发明一种可适用于去除漂浮于水面上的铜绿微囊藻的漂浮型光催化剂，能够更好的悬浮在藻悬液中，与藻细胞接触更加充分。同时，水凝胶的电子传导规律与粉末相似，为z型电子传导途径，bivo4上的导带电势（2.86 ev）能够满足将h2o氧化成
•
oh 的电位条件，同时导带上的空穴也能够灭活藻细胞。光催化过程中产生的主要活性物质
•
oh和h
+
攻击藻细胞，使得藻细胞发生破裂，细胞内容物流出，同时部分藻细胞有机物也能够被活性物质所降解。在制备光催化剂的过程中加入了水凝胶，而且在制备水凝胶时创新性的加入了适量的中空玻璃微珠，中空玻璃微珠具有密度小、强度高的优点，不仅使其在水中具有优良的漂浮效果，而且解决了其他类型光催化剂难以回收且易造成水环境二次污染的缺点，更重要的是这有利于去除漂浮在水面上的铜绿微囊藻，同时它还具有光催化性能强和稳定性好、可见光吸收能力强、光生电荷的分离效率高等特点。而且合成方法简单易行，漂浮型光催化材料解决了粉末纳米材料无法回收，对水生环境有毒性的问题，绿色环保，能有效控制蓝藻水华，在水处理技术领域具有良好的前景。
附图说明
10.图1是实施例1漂浮型bivo4/ag3vo4水凝胶光催化剂（abvh-0.05、abvh-0.08、abvh-0.1。注：abvh表示33%bivo4/ag3vo4水凝胶，0.05表示材料的投加量，单位为克）光催化降解叶绿素a对应的时间-降解率关系图，从图1中可知，本发明制得的漂浮型bivo4/ag3vo4水凝胶光催化剂（abvh-0.05）、（abvh-0.08）、（abvh-0.1）在光化学反应器中进行光催化降解实验，测得该光催化剂对叶绿素a的去除率在4h内分别达到88%、96%和99.6%。
11.图2是实施例1漂浮型bivo4/ag3vo4水凝胶光催化剂（abvh-0.1）对叶绿素a的循环降解效果图，从图2中可知，在5次循环实验中，对叶绿素a的降解效率分别为99.5%、93.4%、92.1%、90.1和87.5%。可以看到abvh-0.1的除藻效率前四次保持在90%以上，说明本发明的漂浮型bivo4/ag3vo4水凝胶光催化剂具有较好的稳定性。
12.图3是实施例1漂浮型bivo4/ag3vo4水凝胶光催化剂的sem图。
具体实施方式
13.为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明。本发明的方法如无特殊说明，均为本领域常规方法。
14.实施例1一种漂浮型bivo4/ag3vo4水凝胶光催化剂的制备方法，包括以下步骤：（1）首先是bivo4的制备：制备浓度为1.84m的硝酸溶液；接着，将0.02mol（9.8g）bi(no3)3·
5h2o加入到50ml的1.84m的硝酸溶液中，得到溶液a；再将0.02mol（2.34g）na3vo4·
12h2o加入到50ml的1.84m的硝酸溶液中，得到溶液b。待a和b溶液充分溶解后，将两种溶液混合，并加入尿素，然后在95℃下搅拌；完成后用去离子水洗涤，并在80℃下干燥获得。
15.（2）然后是bivo4/ag3vo4的制备：在超声条件下，将得到的0.3g bivo4分散在50ml
超纯水中。在上述分散液中加入0.174g agno3溶液，搅拌30min。之后将溶解在50ml水中的0.1368g na3vo4·
12h2o滴加到上述溶液中，然后用0.1m naoh溶液调整ph至10，最后在黑暗条件下搅拌6h，得到bivo4/ag3vo4催化剂。
16.（3）最后是水凝胶光催化剂的制备：将2.5g pva和0.3g海藻酸钠溶解在水中，在95℃水浴加热5h，得到透明均匀溶液；然后向该溶液中加入适量的bivo4/ag3vo4光催化剂，快速搅拌3min，后加入0.5g中空玻璃微珠，快速搅拌30s后，立即倒入模具中，在-20℃下冷冻6h，室温下解冻2h，再冷冻-解冻循环3次，得到漂浮型bivo4/ag3vo4水凝胶光催化剂，记为abvh，其中bivo4/ag3vo4用量占水凝胶光催化剂质量的33%。
17.对比例1在水凝胶制备中未加入中空玻璃微珠，其余操作同实施例1，得到的水凝胶光催化剂，记为*abvh，进行光催化性能对比，未加入中空玻璃微珠的三个实验组中叶绿素a的含量在光催化反应开始后出现明显下降，4h的去除率分别达到了79%（*abvh-0.05），85%（*abvh-0.08），88%（*abvh-0.1）。
18.本研究中使用的光催化除藻反应器是上海德洋意邦仪器有限公司生产的dy-d型光催化反应器，反应器集成了模拟可见光、冷却循环和搅拌功能。配备100mw
·
cm-2
的金卤灯作为可见光源，并在光源30cm处设置滤光片，以达到模拟可见光的效果。
19.光催化去除铜绿微囊藻实验中，研究对象为典型的铜绿微囊藻，藻密度为5.0x109cells/l (od680≈0.71)。首先，取一定量的光催化剂均匀悬浮在装有5ml去离子水的离心管中，根据所需的光催化剂投加量，准确量取均匀分散后的光催化剂悬浮液，然后加入石英试管内；接着，向试管内加入藻密度约为5.0x109cells/l的藻悬液，与纳米光催化剂充分混合，放入光催化反应器中；再者，开启反应器搅拌装置和冷却循环装置；最后，打开金卤灯，开始进行光催化除藻反应。实验组中加入不同掺杂量的漂浮型光催化剂开展实验，分别投加abvh-0.05、abvh-0.08、abvh-0.1进行光催化除藻实验，对照组中不添加任何光催化剂进行实验。每次实验取样时间间隔30 min，开展180 min的光催化实验，实验结束后统一测定叶绿素a的含量，分析不同掺杂量的漂浮型光催化剂除藻效果。
20.以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。