光催化剂及其制备方法和应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种带状Bi17V3O33/Bi1.7V8O16光催化剂及其制备方法和应用，将铋盐溶液和钒盐溶液混合后调pH值，进行一次微波水热处理，将制得的基础粉体分散成悬浊液，加入表面活性剂溶液，调pH值后加入稀土溶液，进行二次微波水热处理，得目标产物，为Bi17V3O33和Bi1.7V8O16的复合晶体。本发明通过二次微波水热过程能够控制基础粉体的形貌和分散状态，使基础粉体发生相转变并进一步结晶，并使制得的光催化剂的结晶性能、比表面积和光催化性能得到了很大的提高，而且粒径分布细匀，有利于光催化降解过程中光催化剂与目标降解物的均匀吸附。
【专利说明】—种带状B I17V3O33Ai1.7%016光催化剂及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明属于功能材料领域，涉及一种带状Bi17V3O33ZiB^7V8O16光催化剂及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]金属钒酸盐是一类优良的功能材料，在荧光及激光领域，锂离子电池领域等有着广泛的应用。Bi17V3O33就是其中的一种固体电解质化合物，Bi17V3O33结晶于四方相，其XRD图谱的主要衍射峰与S-Bi2O3图谱接近，具有非常规则的VO4四面体，其晶体结构中存在大量的氧空位缺陷。BiuV8O16是一种典型的AxM8O16组成锰钡矿类家族化合物，具有正方对称结构，其中V原子具有混合价态，平均化合价为3.36，具有良好的电性能和磁性能。由于二者都具有良好的载流子运输潜能，因此作为光催化剂在光催化反应中具有很大的优势。
[0003]表面活性剂被誉为“工业味精”，是一类极具特色的有机化学物，在湿化学法制备纳米粉体的过程中，表面活性剂利用了它的静电斥力稳定作用和空间位阻稳定作用，通过形成胶体保护层，在空间上阻碍胶粒的靠拢，减小胶粒之间的内聚力，降低团聚的强度，从而控制粉体的团聚形态，改善其颗粒的分布形态。
[0004]迄今为止，利用二次微波水热法制备带状Bi17V3O33ZiB^7V8O16复合光催化剂的工作尚未见报道，也没有专利和文献报道过用二次微波水热法制备长带状Bi17V3OJBih7V8O16复合光催化剂。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种带状Bi17V3O33ZiB^7V8O16复合光催化剂及其制备方法和应用，采用两次微波处理，反应时间短，工艺流程简单，制得的复合光催化剂表面积较大，粒度分布均匀。
[0006]为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]一种带状Bi17V3OJBih7V8O16光催化剂的制备方法，包括以下步骤:
[0008]步骤1:将铋盐溶于水中，搅拌均匀，得到铋盐溶液；将钒盐溶于热水中,加热搅拌至钒盐完全溶解，得到钒盐溶液；
[0009]步骤2，将铋盐溶液和钒盐溶液按照B1:V= 1:1的摩尔配比混合，搅拌均匀，得到混合液；向混合液中加入矿化剂，调节混合液的pH值为12.5?13,继续搅拌40?60min,形成前驱体；
[0010]步骤3，将前驱体放入微波水热反应釜中，将微波水热反应釜放入微波水热反应仪中，以300W的功率，在190?210°C下保温30?50min进行反应，反应完成后自然冷却至室温，然后将反应生成的沉淀取出，洗涤、干燥，得到基础粉体；
[0011]步骤4，将基础粉体分散于溶剂中，搅拌均匀，得悬浊液；将表面活性剂溶解于水中，搅拌均匀，得表面活性剂溶液；将含有稀土元素的原料溶解于水中，搅拌均匀，得稀土溶液；
[0012]步骤5:将悬浊液与表面活性剂溶液混合均匀，得混合液，混合液中基础粉体与表面活性剂的质量比为1: (0.06?0.405)，调节混合液的pH = 3?8.05，搅拌均匀，再向混合液中加入稀土溶液，搅拌均匀，得前驱体溶液，前驱体溶液中稀土元素与基础粉体中含有的Bi元素的摩尔比为(5?8): 100 ；
[0013]步骤6:将前驱体溶液放入微波水热反应釜中，将微波水热反应釜放入微波水热反应仪中，以300W的功率，在190?210°C下保温30?50min进行反应，反应完成后自然冷却至室温，然后将反应生成的沉淀取出，洗涤、干燥，得到长带状Bi17V3O33ZBih7V8O16光催化剂。
[0014]所述的铋盐为Bi (NO3) 3.5H20,钒盐为NH4VO3 ;铋盐溶液中Bi (NO3) 3.5H20的浓度为0.4?0.6mol/L，钒盐溶液中NH4VO3的浓度为0.4?0.6mol/L，钒盐溶液呈透明的棕黄色，不含有沉淀。
[0015]所述步骤I中搅拌均匀所需的时间为20?30min ;热水的温度为80?90°C，加热搅拌至钒盐完全溶解所需的时间为10?15min，加热温度为40?50°C ；
[0016]所述步骤2、步骤4和步骤5中搅拌均匀所需的时间为15?30min。
[0017]所述步骤2中的矿化剂为11?12mol/L的NaOH溶液；
[0018]所述步骤5中用冰乙酸溶液和浓度为4?6mol/L的NaOH溶液调节混合液的pH值。
[0019]所述步骤3和步骤6中微波水热反应釜的填充比为40%?55%。
[0020]所述步骤3和步骤6中的干燥为在75?85°C下干燥10?12h。
[0021]所述的基础粉体为纤维状Bi17V3O33Mh62V8O16粉体；
[0022]溶剂为无水乙醇或无水甲醇；
[0023]表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、乙二胺四乙酸或聚山梨酯-80;
[0024]稀土兀素为La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb 或 Lu。
[0025]所述的悬浊液中基础粉体的浓度为90?110g/mL ；
[0026]表面活性剂溶液中表面活性剂的浓度为4?27g/L ；
[0027]稀土溶液中稀土元素的浓度为0.87?1.47g/L。
[0028]带状Bi17V3O33ZBi1.,V8O16光催化剂，为Bi17V3O33和Bil7V8O16的复合晶体，其形貌为带状，其中Bi17V3O33和Bih7V8O16所占的质量百分比分别为72?78%和22?28%,Bi17V3O33为四方相，空间结构群为PmA^BiuV8O16S四方相，空间结构群为I4/m。
[0029]带状Bi17V3O33ZBih7V8O16光催化剂在降解环境污染物和有机物方面的应用。
[0030]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0031]本发明提供的带状Bi17V3O33ZiB^7V8O16光催化剂的制备方法，将铋盐溶液和钒盐溶液按照B1:V= 1:1的摩尔比混合后调节pH值，然后进行第一次微波水热处理制得基础粉体；将基础粉体分散成悬浊液，加入表面活性剂溶液，调节PH值后再加入稀土溶液，再进行第二次微波水热处理制得带状Bi17V3OJBi1.八016光催化剂。本发明采用二次微波水热合成技术，在利用一次微波水热过程得到基础粉体后，加入表面活性剂及稀土元素，同时调控PH值，然后通过二次微波水热过程，控制基础粉体的形貌和分散状态，使基础粉体发生相转变并进一步结晶，实现了 Bi17V3OJBih7V8O16光催化剂的制备，并且使制得的光催化剂的结晶性能、比表面积和光催化性能得到了很大的提高，而且粒径分布细匀，有利于光催化降解过程中光催化剂与目标降解物的均匀吸附。本发明采用的微波水热法结合了微波独特的加热特性和水热法的优点，流程少、操作简单、原料廉价易得、反应速度快、合成时间短、反应条件温和、反应效率高、环境友好、工艺简单易控、制备周期短、节省能源，对目标产物的晶型和形貌可调控能力强。
[0032]本发明提供的带状Bi17V3O33ZBi1.,V8O16光催化剂为Bi17V3O33和Bil7V8O16的复合晶体，其内部含有大量的氧空位，有利于光解过程中载流子的运输，使得其具有较高的光催化降解效率。Bi17V3O3JP Bih7V8O16所占的质量百分比分别为72?78%和22?28 KBi17V3O33为四方相，空间结构群为PUlA^Bih7V8O16S四方相，空间结构群为I4/m。并且Bi17V3O33/BiuV8O16光催化剂的形貌为带状，粒径分布细匀，有利于光催化降解过程中光催化剂与目标降解物的均匀吸附。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1是本发明实施例1制得的基础粉体的XRD图；
[0034]图2是本发明实施例1制得的基础粉体的SEM图；
[0035]图3是本发明实施例1制得的带状Bi17V3O33ZiBih7V8O16光催化剂的XRD图；
[0036]图4是本发明实施例1制得的带状Bi17V3O33ZiBih7V8O16光催化剂的SEM图；
[0037]图5是本发明实施例1制得的带状Bi17V3O33ZiBih7V8O16光催化剂在紫外光下降解罗丹明B溶液的吸光度曲线图。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图和本发明优选的实施例对本发明做进一步描述，原料均为分析纯。
[0039]实施例1:
[0040]步骤1:将0.0lmol Bi (NO3)3.5H20溶于20ml去离子水中，室温下，在磁力搅拌器上搅拌30min至搅拌均匀，得到Bi (NO3)3.5H20浓度为0.5mol/L的铋盐溶液；将0.0lmolNH4VO3溶于85°C的20ml去离子水中，在磁力搅拌器上以45°C的温度加热搅拌12min，至钒盐溶液呈透明棕黄色即可，得到NH4VO3浓度为0.5mol/L的钒盐溶液，注意不能加热搅拌时间过长，而导致出现黄色沉淀(如果出现沉淀将会出现另外一相V2O5)。
[0041]步骤2:将步骤I制备的将铋盐溶液和钒盐溶液按照B1:V = 1:1的摩尔配比混合，在磁力搅拌器上搅拌20min至搅拌均勻,得到混合液,然后向混合液中加入5ml浓度为12mol/L的NaOH溶液作为矿化剂，调节混合液的pH值为12.57，然后在磁力搅拌器上搅拌50min,制得前驱体；注意NaOH溶液在配制时，应使用片状干燥的NaOH试剂，不能使用颗粒状NaOH，以防止配制的NaOH溶液碱性不稳定。
[0042]步骤3:将前驱体放入聚四氟乙烯内衬的微波水热反应釜中，并用5mL去离子水进行冲洗，控制微波水热反应釜的填充比为50%，密封微波水热反应釜；将微波水热水热反应釜放入微波水热反应仪中，设定微波水热反应温度为200°C，保温时间为40min，功率为300W;待反应完成后自然冷却至室温，取出反应釜中的沉淀，用去离子水洗涤和无水乙醇各洗涤3次，最后在80°C非密闭恒温环境中干燥12h，得到纤维状Bi17V3O33ZiB^62V8O16粉体。
[0043]步骤4:将制得的纤维状Bi17V3O33Mh62V8O16粉体分散于1mL无水乙醇中，搅拌15min制得悬浊液，悬浊液中纤维状Bi17V3O33ZiBiu2V8O16粉体的浓度为100g/L，将0.3g十二烷基苯磺酸钠(SDBS)溶解于15mL去离子水中，搅拌30min，制得表面活性剂溶液，表面活性剂溶液中表面活性剂的浓度为20g/L ;将Gd(NO3)3.6Η20溶解于去离子水中，搅拌20min，制得稀土溶液，稀土溶液中Gd的浓度为1.05g/L ；
[0044]步骤5:将悬浊液与表面活性剂溶液混合，搅拌20min，得混合液，混合液中基础粉体与表面活性剂的质量比为1:0.3，用冰乙酸(CHfOOH)溶液和浓度为5mol/L的NaOH溶液作为PH调节剂，调节混合液的pH = 5.99，搅拌30min，再向混合液中加入稀土溶液，搅拌20min,得前驱体溶液,前驱体溶液中稀土元素Gd与基础粉体中含有的Bi元素的摩尔比为6:100 ；
[0045]步骤6:将前驱体溶液放入聚四氟乙烯内衬的微波水热反应釜中，并用5mL去离子水进行冲洗，控制微波水热反应釜的填充比为45%，密封微波水热反应釜；将微波水热水热反应釜放入微波水热反应仪中，设定微波水热反应温度为200°C，保温时间为40min，功率为300W;待反应完成后自然冷却至室温，取出反应釜中的沉淀，用去离子水洗涤和无水乙醇各洗涤3次，最后在80°C非密闭恒温环境中干燥12h，制得Bi17V3O33ZiB^7V8O16光催化剂。
[0046]图1是本发明实施例1制得的基础粉体(纤维状Bi17V3OJBih62V8O16粉体)的XRD图，可看出将铋盐和钒盐分别溶解混合后，通过调节pH为12.57制得的基础粉体为Bi17V3O33ZBi1.62V8016 晶体。
[0047]图2是本发明实施例1制得的基础粉体(纤维状Bi17V3OJBih62V8O16粉体)的SEM图，可看出基础粉体具有均匀的带状纤维结构。
[0048]图3是本发明实施例1制得的Bi17V3O33ZiBih7V8O16光催化剂的XRD图，从图中可以看出在一次微波处理后，以SDBS为表面活性剂，添加稀土元素Gd，控制二次微波水热前驱液pH为5.99，进行二次微波水热处理，可以制备出Bi17V3OJBih7V8O16光催化剂。Bi17V3O33/Bil7V8O16光催化剂为Bi17V3O33和Bil7V8O16的复合晶体，其中Bi17V3O33和Bil7V8O16所占的质量百分比分别为75%和25KBi17V3O33S四方相(与卡片JCPDS:52-1476相符)，空间结构群为P121/C1，Bil7V8O16为四方相(与卡片JCPDS: 52-1476相符)，空间结构群为I4/m。
[0049]图4是本发明实施例1制得的Bi17V3O33ZiBih7V8O16光催化剂的SEM图，在均匀纤维上面分布有均匀的带状结构，晶粒匀细。
[0050]图5是本发明实施例2制得的Bi17V3O33ZiBih7V8O16光催化剂在在紫外光下降解罗丹明B溶液的吸光度曲线图，可以看出随着光催化降解的进行，罗丹明B的吸光度越来越低，显示其浓度也越来越低，随着时间的延长，吸光度降低，吸收峰位置也逐渐蓝移，并且展宽，最终蓝移至500nm左右。60min时，554nm处的吸光度已经成平滑直线，波峰处的吸光度值降低至0.2以下，这表明溶液中的罗丹明B已经基本全部降解，说明本发明提供的Bi17V3O33/Bil7V8O16光催化剂对罗丹明B有很好的降解效果，证明Bi17V3O33ZiB^7V8O16光催化剂具有良好的紫外光光催化效应，能够用于降解有机物和环境污染物。
[0051]实施例2:
[0052]步骤1:将扮(勵3)3*5!120溶于去离子水中，室温下，在磁力搅拌器上搅拌201^11至搅拌均匀，得到Bi (NO3) 3.5H20浓度为0.4mol/L的铋盐溶液；将NH4VO3溶于80°C的去离子水中，在磁力搅拌器上以40°C的温度加热搅拌14min，至钒盐溶液呈透明棕黄色即可，得到NH4VO3浓度为0.4mol/L的钒盐溶液，注意不能加热搅拌时间过长，而导致出现黄色沉淀。
[0053]步骤2:将步骤I制备的将铋盐溶液和钒盐溶液按照B1:V = 1:1的摩尔配比混合，在磁力搅拌器上搅拌15min至搅拌均勻，得到混合液,然后向混合液中加入浓度为11.5mol/L的NaOH溶液作为矿化剂，调节混合液的pH值为12.53，然后在磁力搅拌器上搅拌40min，制得前驱体；注意NaOH溶液在配制时，应使用片状干燥的NaOH试剂，不能使用颗粒状NaOH，以防止配制的NaOH溶液碱性不稳定。
[0054]步骤3:将前驱体放入聚四氟乙烯内衬的微波水热反应釜中，并用5mL去离子水进行冲洗，控制微波水热反应釜的填充比为40%，密封微波水热反应釜；将微波水热水热反应釜放入微波水热反应仪中，设定微波水热反应温度为190°C，保温时间为50min，功率为300W;待反应完成后自然冷却至室温，取出反应釜中的沉淀，用去离子水洗涤和无水乙醇各洗涤3次，最后在75°C非密闭恒温环境中干燥llh，得到纤维状Bi17V3CWBiu2V8O16粉体。
[0055]步骤4:将制得的纤维状Bi17V3O33Mh62V8O16粉体分散于1mL无水乙醇中，搅拌30min制得悬浊液，悬浊液中纤维状Bi17V3OJBih62V8O16粉体的浓度为100g/L，将0.06g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解于15mL去离子水中，搅拌15min，制得表面活性剂溶液，表面活性剂溶液中表面活性剂的浓度为4g/L ;将Er(NO3)3.6H20溶解于去离子水中，搅拌15min，制得稀土溶液，稀土溶液中Er的浓度为1.13g/L ；
[0056]步骤5:将悬浊液与表面活性剂溶液混合，搅拌15min，得混合液，混合液中基础粉体与表面活性剂的质量比为1:0.06，用冰乙酸(CH3COOH)溶液和浓度为4mol/L的NaOH溶液作为PH调节剂，调节混合液的pH = 8.05，搅拌15min，再向混合液中加入稀土溶液，搅拌15min,得前驱体溶液,前驱体溶液中稀土元素Er与基础粉体中含有的Bi元素的摩尔比为6.5:100 ；
[0057]步骤6:将前驱体溶液放入聚四氟乙烯内衬的微波水热反应釜中，并用5mL去离子水进行冲洗，控制微波水热反应釜的填充比为40%，密封微波水热反应釜；将微波水热水热反应釜放入微波水热反应仪中，设定微波水热反应温度为190°C，保温时间为50min，功率为300W;待反应完成后自然冷却至室温，取出反应釜中的沉淀，用去离子水洗涤和无水乙醇各洗涤3次，最后在75°C非密闭恒温环境中干燥Ilh，制得Bi17V3O33ZiB^7V8O16光催化剂。
[0058]经测试证明制得的产物为Bi17V3O33Z^Bih7V8O16晶体，并具有均匀纤维状及带状结构，在紫外光下具有较好的光催化性能。
[0059]实施例3:
[0060]步骤1:将Bi (NO3)3.5H20溶于20ml去离子水中，室温下，在磁力搅拌器上搅拌25min至搅拌均匀，得到Bi (NO3) 3.5H20浓度为0.6mol/L的铋盐溶液；将NH4VO3溶于90°C的20ml去离子水中，在磁力搅拌器上以50°C的温度加热搅拌llmin，至钒盐溶液呈透明棕黄色即可，得到NH4VO3浓度为0.6mol/L的钒盐溶液，注意不能加热搅拌时间过长，而导致出现黄色沉淀。
[0061]步骤2:将步骤I制备的将铋盐溶液和钒盐溶液按照B1: V = 1:1的摩尔配比混合，在磁力搅拌器上搅拌30min至搅拌均勻,得到混合液,然后向混合液中加入浓度为llmol/L的NaOH溶液作为矿化剂，调节混合液的pH值为12.55，然后在磁力搅拌器上搅拌60min，制得前驱体；注意NaOH溶液在配制时，应使用片状干燥的NaOH试剂，不能使用颗粒状NaOH，以防止配制的NaOH溶液碱性不稳定。
[0062]步骤3:将前驱体放入聚四氟乙烯内衬的微波水热反应釜中，并用5mL去离子水进行冲洗，控制微波水热反应釜的填充比为55%，密封微波水热反应釜；将微波水热水热反应釜放入微波水热反应仪中，设定微波水热反应温度为210°C，保温时间为30min，功率为300W;待反应完成后自然冷却至室温，取出反应釜中的沉淀，用去离子水洗涤和无水乙醇各洗涤3次，最后在85°C非密闭恒温环境中干燥10h，得到纤维状Bi17V3O33ZiB^62V8O16粉体。
[0063]步骤4:将制得的纤维状Bi17V3O33Mh62V8O16粉体分散于1mL无水乙醇中，搅拌20min制得悬浊液，悬浊液中纤维状Bi17V3O33ZiB^62V8O16粉体的浓度为90g/L，将0.08g PVP溶解于15mL去离子水中，搅拌20min，制得表面活性剂溶液，表面活性剂溶液中表面活性剂的浓度为5.3g/L ^fEu(NO3)3.6Η20溶解于去离子水中，搅拌30min，制得稀土溶液，稀土溶液中Eu的浓度为1.38g/L ；
[0064]步骤5:将悬浊液与表面活性剂溶液混合，搅拌30min，得混合液，混合液中基础粉体与表面活性剂的质量比为1:0.08，用冰乙酸(CH3COOH)溶液和浓度为6mol/L的NaOH溶液作为PH调节剂，调节混合液的pH = 5.09，搅拌20min，再向混合液中加入稀土溶液，搅拌30min,得前驱体溶液,前驱体溶液中稀土元素Eu与基础粉体中含有的Bi元素的摩尔比为8:100 ；
[0065]步骤6:将前驱体溶液放入聚四氟乙烯内衬的微波水热反应釜中，并用5mL去离子水进行冲洗，控制微波水热反应釜的填充比为50%，密封微波水热反应釜；将微波水热水热反应釜放入微波水热反应仪中，设定微波水热反应温度为210°C，保温时间为30min，功率为300W;待反应完成后自然冷却至室温，取出反应釜中的沉淀，用去离子水洗涤和无水乙醇各洗涤3次，最后在85°C非密闭恒温环境中干燥10h，制得Bi17V3O33ZiB^7V8O16光催化剂。
[0066]经测试证明制得的产物为Bi17V3O33Z^Bih7V8O16晶体，并具有均匀纤维状及带状结构，在紫外光下具有较好的光催化性能。
[0067]实施例4:
[0068]步骤1:将Bi (NO3)3.5H20溶于20ml去离子水中，室温下，在磁力搅拌器上搅拌22min至搅拌均匀，得到Bi (NO3) 3.5Η20浓度为0.45mol/L的铋盐溶液；将NH4VO3溶于82V的20ml去离子水中，在磁力搅拌器上以48°C的温度加热搅拌13min，至钒盐溶液呈透明棕黄色即可，得到NH4VO3浓度为0.45mol/L的钒盐溶液，注意不能加热搅拌时间过长，而导致出现黄色沉淀。
[0069]步骤2:将步骤I制备的将铋盐溶液和钒盐溶液按照B1:V = 1:1的摩尔配比混合，在磁力搅拌器上搅拌25min至搅拌均匀，得到混合液，然后向混合液中加入浓度为11.8mol/L的NaOH溶液作为矿化剂，调节混合液的pH值为12.58，然后在磁力搅拌器上搅拌45min，制得前驱体；注意NaOH溶液在配制时，应使用片状干燥的NaOH试剂，不能使用颗粒状NaOH，以防止配制的NaOH溶液碱性不稳定。
[0070]步骤3:将前驱体放入聚四氟乙烯内衬的微波水热反应釜中，并用5mL去离子水进行冲洗，控制微波水热反应釜的填充比为45%，密封微波水热反应釜；将微波水热水热反应釜放入微波水热反应仪中，设定微波水热反应温度为195°C，保温时间为45min，功率为300W;待反应完成后自然冷却至室温，取出反应釜中的沉淀，用去离子水洗涤和无水乙醇各洗涤3次，最后在78°C非密闭恒温环境中干燥10.5h，得到纤维状Bi17V3O33ZiBiu2V8O16粉体。
[0071]步骤4:将制得的纤维状Bi17V3O33Mh62V8O16粉体分散于1mL无水甲醇中，搅拌25min制得悬浊液，悬浊液中纤维状Bi17V3CWBiu2V8O16粉体的浓度为110g/L，将0.4g聚山梨酯-80 (Tween-80)溶解于15mL去离子水中，搅拌25min，制得表面活性剂溶液，表面活性剂溶液中表面活性剂的浓度为26.7g/L ;将Nd(NO3)3.6Η20溶解于去离子水中，搅拌25min，制得稀土溶液，稀土溶液中Nd的浓度为1.26g/L ；
[0072]步骤5:将悬浊液与表面活性剂溶液混合，搅拌25min，得混合液，混合液中基础粉体与表面活性剂的质量比为1:0.4，用冰乙酸(CH3COOH)溶液和浓度为4.5mol/L的NaOH溶液作为PH调节剂，调节混合液的pH = 4.02，搅拌25min，再向混合液中加入稀土溶液，搅拌25min,得前驱体溶液,前驱体溶液中稀土元素Nd与基础粉体中含有的Bi元素的摩尔比为7.5:100 ；
[0073]步骤6:将前驱体溶液放入聚四氟乙烯内衬的微波水热反应釜中，并用5mL去离子水进行冲洗，控制微波水热反应釜的填充比为55%，密封微波水热反应釜；将微波水热水热反应釜放入微波水热反应仪中，设定微波水热反应温度为195°C，保温时间为45min，功率为300W;待反应完成后自然冷却至室温，取出反应釜中的沉淀，用去离子水洗涤和无水乙醇各洗涤3次，最后在82°C非密闭恒温环境中干燥10.5h，制得Bi17V3OJBih7V8O16光催化剂。
[0074]经测试证明制得的产物为Bi17V3O3^Bih7V8O16晶体，并具有均匀纤维状及带状结构，在紫外光下具有较好的光催化性能。
[0075]实施例5:
[0076]步骤1:将Bi (NO3)3.5H20溶于20ml去离子水中，室温下，在磁力搅拌器上搅拌28min至搅拌均匀，得到Bi (NO3) 3.5Η20浓度为0.55mol/L的铋盐溶液；将NH4VO3溶于88°C的20ml去离子水中，在磁力搅拌器上以43°C的温度加热搅拌lOmin，至钒盐溶液呈透明棕黄色即可，得到NH4VO3浓度为0.55mol/L的钒盐溶液，注意不能加热搅拌时间过长，而导致出现黄色沉淀。
[0077]步骤2:将步骤I制备的将铋盐溶液和钒盐溶液按照B1:V = 1:1的摩尔配比混合，在磁力搅拌器上搅拌28min至搅拌均匀，得到混合液，然后向混合液中加入浓度为11.5mol/L的NaOH溶液作为矿化剂，调节混合液的pH值为12.5，然后在磁力搅拌器上搅拌55min,制得前驱体；注意NaOH溶液在配制时，应使用片状干燥的NaOH试剂，不能使用颗粒状NaOH，以防止配制的NaOH溶液碱性不稳定。
[0078]步骤3:将前驱体放入聚四氟乙烯内衬的微波水热反应釜中，并用5mL去离子水进行冲洗，控制微波水热反应釜的填充比为48%，密封微波水热反应釜；将微波水热水热反应釜放入微波水热反应仪中，设定微波水热反应温度为205°C，保温时间为35min，功率为300W;待反应完成后自然冷却至室温，取出反应釜中的沉淀，用去离子水洗涤和无水乙醇各洗涤3次，最后在82°C非密闭恒温环境中干燥11.5h，得到纤维状Bi17V3O33ZiB^62V8O16粉体。
[0079]步骤4:将制得的纤维状Bi17V3O33Mh62V8O16粉体分散于1mL无水乙醇中，搅拌22min制得悬浊液，悬浊液中纤维状Bi17V3OjBi1.62V8016粉体的浓度为95g/L，将十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶解于15mL去离子水中，搅拌22min，制得表面活性剂溶液，表面活性剂溶液中表面活性剂的浓度为27g/L ;将Ho (NO3)3.6Η20溶解于去离子水中，搅拌22min，制得稀土溶液，稀土溶液中Ho的浓度为0.87g/L ；
[0080]步骤5:将悬浊液与表面活性剂溶液混合，搅拌22min，得混合液，混合液中基础粉体与表面活性剂的质量比为1:0.405，用冰乙酸(CH3COOH)溶液和浓度为5.5mol/L的NaOH溶液作为PH调节剂，调节混合液的pH = 7，搅拌22min，再向混合液中加入稀土溶液，搅拌22min,得前驱体溶液,前驱体溶液中稀土元素Ho与基础粉体中含有的Bi元素的摩尔比为5:100 ；
[0081]步骤6:将前驱体溶液放入聚四氟乙烯内衬的微波水热反应釜中，并用5mL去离子水进行冲洗，控制微波水热反应釜的填充比为43%，密封微波水热反应釜；将微波水热水热反应釜放入微波水热反应仪中，设定微波水热反应温度为205°C，保温时间为35min，功率为300W;待反应完成后自然冷却至室温，取出反应釜中的沉淀，用去离子水洗涤和无水乙醇各洗涤3次，最后在78°C非密闭恒温环境中干燥11.5h，制得Bi17V3O33ZiBih7V8O16光催化剂。
[0082]经测试证明制得的产物为Bi17V3O3^Bih7V8O16晶体，并具有均匀纤维状及带状结构，在紫外光下具有较好的光催化性能。
[0083]实施例6:
[0084]步骤1:将Bi (NO3)3.5H20溶于20ml去离子水中，室温下，在磁力搅拌器上搅拌30min至搅拌均匀，得到Bi (NO3) 3.5H20浓度为0.5mol/L的铋盐溶液；将NH4VO3溶于86°C的20ml去离子水中，在磁力搅拌器上以45°C的温度加热搅拌15min，至钒盐溶液呈透明棕黄色即可，得到NH4VO3浓度为0.5mol/L的钒盐溶液，注意不能加热搅拌时间过长，而导致出现黄色沉淀。
[0085]步骤2:将步骤I制备的将铋盐溶液和钒盐溶液按照B1: V = 1:1的摩尔配比混合，在磁力搅拌器上搅拌22min至搅拌均勻,得到混合液,然后向混合液中加入浓度为12mol/L的NaOH溶液作为矿化剂，调节混合液的pH值为13，然后在磁力搅拌器上搅拌48min，制得前驱体；注意NaOH溶液在配制时，应使用片状干燥的NaOH试剂，不能使用颗粒状NaOH，以防止配制的NaOH溶液碱性不稳定。
[0086]步骤3:将前驱体放入聚四氟乙烯内衬的微波水热反应釜中，并用5mL去离子水进行冲洗，控制微波水热反应釜的填充比为52%，密封微波水热反应釜；将微波水热水热反应釜放入微波水热反应仪中，设定微波水热反应温度为202°C，保温时间为38min，功率为300W;待反应完成后自然冷却至室温，取出反应釜中的沉淀，用去离子水洗涤和无水乙醇各洗涤3次，最后在80°C非密闭恒温环境中干燥12h，得到纤维状Bi17V3O33ZiB^62V8O16粉体。
[0087]步骤4:将制得的纤维状Bi17V3O33Mh62V8O16粉体分散于1mL无水甲醇中，搅拌28min制得悬浊液，悬浊液中纤维状Bi17V3O33Z^ih62V8O16粉体的浓度为105g/L，将乙二胺四乙酸(ETDA)溶解于15mL去离子水中，搅拌28min，制得表面活性剂溶液，表面活性剂溶液中表面活性剂的浓度为15g/L ;将Dy(NO3)3.6Η20溶解于去离子水中，搅拌28min，制得稀土溶液，稀土溶液中Dy的浓度为1.47g/L ；
[0088]步骤5:将悬浊液与表面活性剂溶液混合，搅拌28min，得混合液，混合液中基础粉体与表面活性剂的质量比为1:0.225，用冰乙酸(CH3COOH)溶液和浓度为5mol/L的NaOH溶液作为PH调节剂，调节混合液的pH = 3，搅拌28min，再向混合液中加入稀土溶液，搅拌28min,得前驱体溶液,前驱体溶液中稀土元素Dy与基础粉体中含有的Bi元素的摩尔比为7:100 ；
[0089]步骤6:将前驱体溶液放入聚四氟乙烯内衬的微波水热反应釜中，并用5mL去离子水进行冲洗，控制微波水热反应釜的填充比为47%，密封微波水热反应釜；将微波水热水热反应釜放入微波水热反应仪中，设定微波水热反应温度为202°C，保温时间为38min，功率为300W;待反应完成后自然冷却至室温，取出反应釜中的沉淀，用去离子水洗涤和无水乙醇各洗涤3次，最后在80°C非密闭恒温环境中干燥12h，制得Bi17V3O33ZiB^7V8O16光催化剂。
[0090]经测试证明制得的产物为Bi17V3O33Z^Bih7V8O16晶体，并具有均匀纤维状及带状结构，在紫外光下具有较好的光催化性能。
[0091]本发明制得的带状Bi17V3O33Mh7V8O16光催化剂，为Bi17V3O33和Bil7V8O16的复合晶体，其形貌为带状，其中Bi17V3O33和BiuV8O16所占的质量百分比分别为72?78%和22?28%，Bi17V3O33为四方相，空间结构群为P121/C1，Bi1.7V8016为四方相，空间结构群为I4/m。
[0092]上述实施例中使用的含有稀土元素的原料还可以为La(NO3)3.6H20、Ce (NO3) 3.6H20、Pr (NO3) 3.6H20、Sm (NO3) 3.6H20、Tb (NO3) 3.6H20、Tm (NO3) 3.6H20、Yb (NO3) 3.6H20 或 Lu (NO3) 3.6H20。
[0093]以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
【权利要求】
1.一种带状Bi17V3O33ZiBih7V8O16光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1:将铋盐溶于水中，搅拌均匀，得到铋盐溶液；将钒盐溶于热水中，加热搅拌至钒盐完全溶解，得到钒盐溶液； 步骤2，将铋盐溶液和钒盐溶液按照B1:V= 1:1的摩尔配比混合，搅拌均匀，得到混合液；向混合液中加入矿化剂，调节混合液的pH值为12.5?13,继续搅拌40?60min,形成前驱体； 步骤3，将前驱体放入微波水热反应釜中，将微波水热反应釜放入微波水热反应仪中，以300W的功率，在190?210°C下保温30?50min进行反应，反应完成后自然冷却至室温，然后将反应生成的沉淀取出，洗涤、干燥，得到基础粉体； 步骤4，将基础粉体分散于溶剂中，搅拌均匀，得悬浊液；将表面活性剂溶解于水中，搅拌均匀，得表面活性剂溶液；将含有稀土元素的原料溶解于水中，搅拌均匀，得稀土溶液； 步骤5:将悬浊液与表面活性剂溶液混合均匀，得混合液，混合液中基础粉体与表面活性剂的质量比为1: (0.06?0.405)，调节混合液的pH = 3?8.05，搅拌均匀，再向混合液中加入稀土溶液，搅拌均匀，得前驱体溶液，前驱体溶液中稀土元素与基础粉体中含有的Bi元素的摩尔比为(5?8): 100 ； 步骤6:将前驱体溶液放入微波水热反应釜中，将微波水热反应釜放入微波水热反应仪中，以300W的功率，在190?21 (TC下保温30?50min进行反应，反应完成后自然冷却至室温，然后将反应生成的沉淀取出，洗涤、干燥，得到长带状Bi17V3O33ZiBi1.,V8O16光催化剂。
2.根据权利要求1所述的带状Bi17V3O33ZiBih7V8O16光催化剂的制备方法，其特征在于:所述的铋盐为Bi (NO3) 3.5H20，钒盐为NH4VO3 ;铋盐溶液中Bi (NO3)3.5H20的浓度为0.4?0.6mol/L,钒盐溶液中NH4VO3的浓度为0.4?0.6mol/L,钒盐溶液呈透明的棕黄色，不含有沉淀。
3.根据权利要求1所述的带状Bi17V3O33ZiBih7V8O16光催化剂的制备方法，其特征在于:所述步骤I中搅拌均匀所需的时间为20?30min ;热水的温度为80?90°C，加热搅拌至钒盐完全溶解所需的时间为10?15min，加热温度为40?50°C ； 所述步骤2、步骤4和步骤5中搅拌均匀所需的时间为15?30min。
4.根据权利要求1所述的带状Bi17V3O33ZiBih7V8O16光催化剂的制备方法，其特征在于:所述步骤2中的矿化剂为11?12mol/L的NaOH溶液； 所述步骤5中用冰乙酸溶液和浓度为4?6mol/L的NaOH溶液调节混合液的pH值。
5.根据权利要求1所述的带状Bi17V3O33ZiBih7V8O16光催化剂的制备方法，其特征在于:所述步骤3和步骤6中微波水热反应釜的填充比为40%?55%。
6.根据权利要求1所述的带状Bi17V3O33ZBih7V8O16光催化剂的制备方法，其特征在于:所述步骤3和步骤6中的干燥为在75?85°C下干燥10?12h。
7.根据权利要求1所述的带状Bi17V3O33ZiBih7V8O16光催化剂的制备方法，其特征在于:所述的基础粉体为纤维状Bi17V3O33Mh62V8O16粉体； 溶剂为无水乙醇或无水甲醇； 表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、乙二胺四乙酸或聚山梨酯-80 ； 稀土兀素为 La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb 或 Lu。
8.根据权利要求1所述的带状Bi17V3O33ZiBih7V8O16光催化剂的制备方法，其特征在于:所述的悬浊液中基础粉体的浓度为90?110g/mL ； 表面活性剂溶液中表面活性剂的浓度为4?27g/L ； 稀土溶液中稀土元素的浓度为0.87?1.47g/L。
9.权利要求1-8中任意一项所述的带状Bi17V3O33ZBih7V8O16光催化剂的制备方法制得的带状Bi17V3O33ZiB^7V8O16光催化剂，其特征在于:为Bi17V3O33和BiuV8O16的复合晶体，其形貌为带状，其中Bi17V3O33和BiuV8O16所占的质量百分比分别为72?78%和22?28%,Bi17V3O33为四方相，空间结构群为P121/C1，Bih7V8O16为四方相，空间结构群为I4/m。
10.权利要求1-8中任意一项所述的带状Bi17V3O33ZBih7V8O16光催化剂的制备方法制得的带状Bi17V3O33ZBih7V8O16光催化剂在降解环境污染物和有机物方面的应用。
【文档编号】A62D101/26GK104383911SQ201410713142
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】谈国强, 赵程程, 任慧君, 夏傲 申请人:陕西科技大学