一种高活性mpg-C₃N₄/RE-BiVO₄异质结光催化剂及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种高活性mpg-C₃N₄/RE-BiVO₄异质结光催化剂及其制备方法和应用，先制备mpg-C₃N₄粉体并将其分散在乙醇中；然后将五水硝酸铋溶液与偏钒酸铵溶液混合并调节其pH值，再加入稀土硝酸盐，得前驱RE-BiVO₄悬浊液；再将mpg-C₃N₄醇溶液加入前驱RE-BiVO₄悬浊液中，得反应前驱液，最后采用微波水热法制得mpg-C₃N₄/RE-BiVO₄异质结光催化剂。该催化剂为介孔mpg-C₃N₄和棒状四方锆石相RE-BiVO₄形成的异质结结构，在模拟太阳光照射下具有较高的光催化活性，大大改善了纯相BiVO₄的光催化效率，在环境污染物等处理方面具有良好的应用前景。

主权项

一种高活性mpg‑C₃N₄/RE‑BiVO₄异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将浓度为2.1～2.15mol/L的三聚氰胺水溶液与浓度为0.8～0.85mol/L的纳米SiO₂水溶液按体积比为3:2混合均匀，超声分散后再搅拌均匀，然后烘干，得白色固体，将白色固体研细后装入坩埚中，在N₂气氛炉中升温至540～560℃煅烧4h，得淡黄色粉末，再用NH₄HF₂水溶液腐蚀淡黄色粉末，除去其中的SiO₂模板，最后洗涤、干燥，得到mpg‑C₃N₄粉体；步骤2：将mpg‑C₃N₄粉体加入到乙醇中超声分散均匀，得到mpg‑C₃N₄醇溶液；步骤3：将Bi(NO₃)₃·5H₂O溶于水中，搅拌均匀，得铋盐溶液；将NH₄VO₃溶于热水中，加热搅拌均匀，得钒盐溶液；步骤4：按Bi与V的摩尔比为1:1将钒盐溶液加到铋盐溶液中，搅拌均匀，得混合液，调节混合液的pH值为8，继续搅拌均匀；步骤5：将RE(NO₃)₃·6H₂O加入到调节了pH值后的混合液中，搅拌均匀，得前驱RE‑BiVO₄悬浊液；其中RE(NO₃)₃·6H₂O为Nd(NO₃)₃·6H₂O或者Nd(NO₃)₃·6H₂O与Er(NO₃)₃·6H₂O的混合物，前驱RE‑BiVO₄悬浊液中RE与Bi的摩尔比为(10.52～11.11):100；步骤6：将mpg‑C₃N₄醇溶液加入前驱RE‑BiVO₄悬浊液中，先搅拌均匀，然后超声分散，再继续搅拌均匀，得反应前驱液；反应前驱液中mpg‑C₃N₄与V的摩尔比为(0.8～1.2):1；步骤7：将反应前驱液加入微波水热反应釜中，将微波水热反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定压力为1.3MPa，在300W的微波功率下，从室温升温至95～105℃，保温7～9min；然后继续升温至145～155℃，保温7～9min；再继续升温至175～185℃，保温35～45min后结束反应；步骤8：待反应结束后，冷却至室温，取出微波水热反应釜中的沉淀物，洗涤、干燥，得到高活性mpg‑C₃N₄/RE‑BiVO₄异质结光催化剂。