浸渍法合成BiVO4%2fNaY光催化材料.doc

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1、46苏州科技学院学报（自然科学版)2010 年第27卷第3期 2010年9月苏州科技学院学报（自然科学版）Journal of Suzhou University of Science and Technology (Natural Science)Vol.27 N.3 Sep. 2010万方数据浸渍法合成BiVCVNaY光催化材料倪秋洋，张凌峰，熊静芳，徐孝文*(苏州科技学院化学与生物工程学院，江苏苏州215009) 摘要：用硝酸铋、偏钒酸铵和NaY沸石为原料,经浸溃、焙烧等工序制备出BiV(VNaY光催化剂。通过X射线粉末衍射、透射电镜表征,结果显示:在NaY沸石表面上形成了尺寸为7 nm

2、的钒酸铋纳米粒子。光催化降解甲基橙实验表明,BiVCVNaY比BiV04具有更高的光催化活性。关键词：BiV04;NaY;光催化；甲基橙中图分类号：0611.5文献标识码：A文章编号：1672-0687(2010)03-004404BiV04具有铁弹性，它作为一种无毒、黄色颜料而著称。最近，其作为一种理想的可见光响应的光催化材 料而引起研究者的兴趣。合成钒酸铋的方法很多71，包括分解金属有机化合物法w、固相法121、熔盐法131、水热 合成法41等。因其禁带宽度窄，804具有很强的可见光活性，可以在可见光下作为氧化剂催化降解有机污染 物。沸石分子筛常被用作纳米粒子负载的载体。张妍等将单斜白钨矿

3、结构的BiV04负载于中孔MCM-41分 子筛上，制备了 BiV04-MCM-41复合催化剂 笔者也曾报道了将Sn02负载在NaY分子筛上,制备了 Sn(V NaY复合物 将纳米粒子负载于分子筛表面有利于催化剂与反应物的接触。文中用浸渍法，将BiV04负载 在NaY分子筛表面,制备了 BiVO/NaY光催化剂，并对催化剂进行了表征，考察了催化剂对甲基橙降解反应 的催化活性。1实验部分1.1催化剂的制备实验所用的药品均为分析纯，以Bi(N03)r5H20为铋源,NH4V03为钒源，且摩尔比为1:1，整个实验过程 的温度控制在323 K。合成步骤为:将1.940 3 g Bi(N03)35H20溶

4、解于10 mL蒸馏水中后，加入1.0 g NaY(Si/Al=1.6)，搅拌 15 min,接着在上述混合物中加入0.467 9 g NH4V03,用氨水调节混合液的pH为5,反应30 min后，有橙黄 色固体形成，将混合液离心，并用蒸馏水洗涤后，分别在393 K、473 K、573 K、673 K下焙烧2 h，得到样品分 别标记为BV-393、BV-473、BV-573、BV-673(BV表示BiVOVNaY,数字代表焙烧温度）。用相似的实验方 法，在673 K下制备BiV04，与上述催化剂进行比较。1.2表征样品的XRD谱图采用Bruker D8型X射线衍射仪测定。实验条件：Cu Ka射线

5、源，扫描范围560 ,扫 描速度4步长为0.02 。样品的形貌和尺寸在JEOL JEM-1200EX型透射电镜(TEM)上观测。样品的UV-Vis谱在U-3010型紫外-可见漫反射光谱仪上测定。13催化剂的活性评价以降解甲基橙作为评价催化剂的活性。将甲基橙溶液(10 mgl-1,20 mL)放入250 mL的烧杯中，加入 .1 g催化剂，搅拌使之混合均匀。反应混合液首先在暗反应条件下搅拌30 min，使甲基橙在催化剂上吸附收稿日期2009-12-31基金项目江苏省教育厅离校自然科学基金资助项目（08KJD150017);苏州科技学院研究生创新研究基金资助项目 作者简介倪秋洋（1983-),女，

6、江苏泗阳人，硕士研究生，研究方向：材料科学及其应用。* 通讯联系人:徐孝文（E-mail: xwxumaiL)。达到平衡，然后开启Xe灯(CTXE-450,adjustable，功率为300 W)，在烧杯上方25 cm处照射。在光照过程中 甲基橙逐渐被分解褪色。每隔一定时间取样测定463 nm处的吸收峰强度来计算剩余反应物的浓度，并以此 表示催化剂的活性。2结果与讨论2.1催化剂的XRD分析图1是不同温度下得到的BV和BiV04的XRD谱图。从谱图中可以看出，NaY的特征吸收峰变弱，这可 能是由于BiV04覆盖在NaY沸石表面造成的。在20=19.04。、28.96。、30.6 、35.26。

7、、39.88。、53.28。的峰对 应于BiV04的特征峰，对于BV，在20=28.96、39.88、53.28的峰相对于BiV04和NaY的峰很弱，可能是由于 催化剂中BiV04含量较低和粒子较小，而导致其特征峰被NaY的特征峰淹没。0L*.ed一一 .j 。J , ,X* ,J. JLJLXjLuLa, a 一-一_W人.a800500m200XK)800600m20001020302d/405060I观85757006560020/图2样品的XRD图 g.BV-673; h.BV-673(髙负载置）。图1样品的XRD图aNaY ;b.BV-393 ：c.BV-473 ；d.BV-573

8、； e.BV-673 ：为o峰征特的在相同的制备条件下，将BiV04负载量增加到原来的3倍，在XRD谱图中看到:NaY分子筛的特征峰减 弱,BiV04的特征峰增强，整个材料的结构没有发生变化（图2)。通过席夫公式计算(A 为X射线波长,S为衍射峰半峰宽，0为衍射角，D为纳米粒子的尺寸），BiV04的粒子尺寸约为5 rnn，与没有 增加负载量前的样品(BV-673)基本相同。2.2催化剂的形貌图3为BV-673样品的电镜照片。图中没有观察 到大块的BiV04颗粒，而是非常好的分散在NaY分子 筛的表面（不是存在于分子筛颗粒与颗粒之间），且 BiV04*直径为7 mn左右的球形，约只有NaY分子

9、筛的1/100。23催化剂的紫外、可见漫反射光谱图4为BiV04和BV样品的紫外-可见漫反射光 谱。可以看出，所有样品在可见光范围内都有很好的吸收，其中BiV04具有最好的可见光响应。而BV样品（图4a-d)相对于BiV04(图4e)在可见光的吸收很弱， 而且焙烧温度只影响BV样品在紫外区的吸收强度。这可能是由于BiV04在BV中的相对含量小，而影响 BV对可见光的吸收。且随着温度的升高，晶体的结构没有发生变化。通过吸收边外推法,计算出压乂04和 BV的带宽为2.4 eV，可以判断样品中的BiV04为单斜晶相结构i样品在可见光范围的吸收可解释为Bi 6s或Bi 6s和0 2p形成的杂化轨道向V

10、 3d的跃迁PM。谱图中的峰点（图4e)说明BiV04的吸收是禁带吸收， 而不是纯态。这就形成了窄能隙直接带半导体材料，而增强了对可见光的吸收。2.4催化剂的光催化活性图5为在可见光下，不同催化剂对甲基橙的光催化降解活性。从图5中可以看出，BV-673催化剂具有 最好的光催化活性。其光催化活性是BV-573和BiV04的约3倍，是BV-473和BV-393的2倍。BV-673高 的催化活性可能是由于在NaY沸石表面的BiV04m米粒子结晶度的提高，并且随着温度的升高，催化剂中 杂质的减少，这有利于提高催化性能111。但是温度继续升高，粒子长大，比表面降低，而导致催化活性降低。文中实验得到了在N

11、aY分子筛外表面负载三元纳米氧化物。在Si/Al比为1.6的分子筛表面没有完整的 和纯的Si-0的存在。事实上，阳离子和分子筛表面Si-0-Al-O之间的部分离子键发生了离子交换,在分子 筛表面形成了 BiO+或BP层。当加人NH4V03溶液时，V03_离子分散在分子筛的表面，而发生共沉淀反应。基 于以上分析，可以得出这样一个结论:低硅铝比的分子筛在历04的形成过程中起到关键的作用，使得在分 子筛表面形成纳米班丫04成为可能。因此，这种方法可以用于在低硅铝比分子筛表面生成其他纳米三元金属 氧化物，应用于光催化领域。-8-6-4-2-0-8-6 1 1 1 1 1 o o3-*/扫許塒坩am/班

12、0.4 -l*ii-02468101214时间/h图5样品的光催化活性aBV-393 ;b.BV473;c.BV-573 ;d.BV-673 ;e.BiV4。200300400500600波长/nm图4样品紫外漫反射光谱aB V-393 ;b.BV473 ;c.BV-573 ;d.BV-673 ;e.BiV04o3结语文中用简单经济的方法合成了 BV光催化剂，这种方法在合成小尺寸的复合氧化物光催化剂方面有潜在的应用价值。参考文献：1 Galembeck A,Alves 0 L. Bismuth vanadate synthesis by metallo-organic decompositio

13、n: thermal decomposition study and particle size controlJ. J mater Sci,2002,37(10) ： 1923-1927.2 Cherrak A,Hubaut R,Barbaux Y,el al. Catalytic properties of bismuth vanadates based catalysts in oxidative coupling of methane and oxidative dehydrogenation of propanefj. Catal Lett, 1992,15(4) *377-383.

14、3 Sinhamahapatra P K,Sharma V KtSinhamahapatra S,e 文餘接7 Zhou L.Wang W Z,Liu S W,el al. A sonochemical route to visible-driven high-activity BiVO* photocatalyst J. j Mol Catal A: Chem, 2006,252(1-2)；120-124.8 张妍，于建强，工藤昭彦，等.BiV0,-MCM-41复合催化剂的制备及其对亚甲基蓝降解的光催化活性J.催化学报，2008,29(7):624628.9 Xu X W,Wang J,Lo

15、ng Y C. Nano-tin dioxide/NaY zeolite composite material：Preparation,morphology,adsorption and hydrogen sensitivityJ. Mi-croporous Mesoporous Mater,2005,83(1) ：60-66,10 Ke D N,Peng T Y,Ma Lfet al. Effects of hydrothennal temperature on the microstructures of BiV4 and its photocatalytic 2 evolution ac

16、tivity under visible lightfj. Inorg Chem,2009,48：4685-4691.11 Zhang S C,Zhang C,Man Yfet al. Visible-light-driven photocatalyst of Bi2W06 nanoparticles prepared via amorphous complex precursor and photocatalytic propertiesJ. J Solid State Chem,2006,179:62-69.An impregnation route to the synthesis of

17、 BiV04/NaY photocatalysis materialNI Qiuyang, ZHANG Lingfeng, XIONG Jingfang, XU Xiaowen(School of Chemistry and Bioengineering,SUST,Suzhou 215009,China)Abstract： Bismuth vanadate (BiV04) nanoparticles were prepared on NaY zeolite by impregnation with Bi(N03)3 and NH4VO3 solution and subsequent calc

18、ination at different temperatures. The materials are composed of BiV04 nano-crystals with average size of 7 run and NaY zeolite, described as BiV4/NaY (BV), shows a strong absorp-tion in the visible light region. The powders were tested by degradation of methyl orange (MO) with A400 nm light and fou

19、nd to have significantly superior photocatalic activity compared to BiVO.Key words: bismuth vanadate；NaY zeolite；photocatalysis；methyl orange责任编辑：李文杰(上接第43页)Effects of modulus and speciflc density of water glass on the strength ofacid-resistant concreteLIU Yongjian, WANG Xiuling, ZHUANG Hong, XU Yun

20、fen(School of Chemistry and Bioengineering,SUST,Suzhou 215009,China)Abstract： Acid-resistant concrete is mainly used for anti-corrosion engineering. Effects of modulus and specific density of water glass on the pressure resistance of acid-resistant concrete was studied. Five samples of acid- resista

21、nt concrete were prepared by using water glass with different modulus and other materials according to Certain ratio, and then cured in H2SO4 with different concentrations for seven days to investigate their pressure- resistant strength. Orthogonal optimization experiments show that acid-resistant c

22、oncrete made of water glass with a modulus of 2.6-2.9 and a density of 1.38-1.48 kg* (m3)1 possesses higher pressure resistance and better acid resistance.Key words: acid-resistant concrete；water glass;modulus；specific density ；pressure-resistant strength责任编辑：李文杰作者：倪秋洋，张凌峰，熊静芳，徐孝文，NI Qiuyang, ZHANG

23、Lingfeng, XIONG Jingfang, XU Xiaowen作者单位：苏州科技学院化学与生物工程学院，江苏苏州，215009刊名：苏州科技学院学报（自然科学版）英文刊名：JOURNAL OF UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY OF SUZHOU(NATURAL SCIENCE)年，卷（期）：2010,27(3)I参考文献(11条)1.2.3. Calembeck A;Alves O L 4.5. Bismuth vanadate synthesis by metallo-organlc decomposition:thermal 6.7. d

24、ecomposition study and particle size control 2002(10)8.9.10. Cherrak A;Hubaut R;Barbaux Y 11.12. Catalytic properties of bismuth vanadates based catalysts in 13.14. oxidative coupling of methane and oxidative dehydrogenation of propane 1992(04)15.16.17. sinhamahapatra P K;Sharma V K;Sinhamahapatra S

25、18.19. Selectivities of bismuth vanadate catalysts for 20.21. toluene oxidation 1977(02)22.23.24. Zhao Y;Xie Y;Zhu Y25.26. Surfactant-Free Synthesis of hyperbranched monoclinic bismuth vanadate and its 27.28. Applications in photocatalysis,gas sensing.and lithium-ion batteries 2008(05)29.30.31. Dunk

26、le S S;Helmich R J;Suslick K S 32.33. BiVO4 as visible-light photocatalyst prepared by uhrasonic 34.35. spray pyrolysis 200936.37.38. KIKUO OKUYAMA;MIKRAJUDDIN ABDULLAH;I.WULED LENGGORO 39.40. Preparation of functional nanostructured 41.42. particles by spray drying夕卜文期干刊2006(6)43.44.45. Zhou L;Wang

27、 W Z;Liu S W 46.47. A sonochemical route to visible-light-driven high-activity 48.49. BiVO4.photoeatalyst 2006(1-2)50.51.52. 张妍，于建强，工藤昭彦，赵修松53.54. BiVO4-MCM-41复合催化剂的制备及其对亚甲基蓝降解的光催化活性期刊论文- 55.56. 催化学报2008(7)57.58.59. Xu X W;Wang J;Long Y C 60.61. Nano-tin dloxide/NaY zeolite composite 62.63. mterial:

28、Preparation，morphology，adsorption and hydrogen sensitivity 2005(01)64.65.66. Ke D N;Peng T Y;Ma L 67.68. Effects of hydmthermal temperature on the microstructures of BiVO4 and its 69.70. photocatalytic O2 evolution activity under visible light 200971.72.73. Zhang S C;Zhang C;Man Y 74.75. Visible-lig

29、ht-driven photocatalyst of Bi2WO6 nanoparticles prepared via 76.77. amorphous complex precursor and photocatalytic properties 2006I本文读者也读过(10条) 索静.柳丽芬.杨凤林.SUO Jing.LIU Lifen.YANG Fenglin负载型Cu-BiVO4复合光催化剂的制备及可见光降解 气相甲苯期刊论文-催化学报2009,30(4)武玉飞.高晓明.付峰.牛凤兴.王继武.李稳宏.Wu Yufei.Gao Xiaoming.Fu Feng.Niu Fengxin

30、g.Wang Jiwu.Li Wenhong BiVO4光催化剂的合成及其用于模拟汽油氧化脱硫的研究期刊论文-化学反应工程与工艺2011,27(1)莎木嘎.侯小虎.娜仁图雅.李金梅.赵智宏.SHA Mu-ga.HOU Xiao-hu.NA Ren-tuya.LI Jin-mei.ZHAO Zhi-hong 燃烧法制备纳米钒酸铋粉体及性能期刊论文-有色金属（冶炼部分）2011(6)异丙醇诱导合成BiV0_4微米管及其可见光光催化性能研究期刊论文-材料导报2010,24(6)周建伟.黄艳芹.程玉良.黄建新.高雯.李静芳.Zhou Jianwei.Huang Yanqin.Cheng Yuliang

31、.Huang JianxinGao Wen.LI Jingfang Ag-BiV04/MCM-41制备表征及光催化性能研究期刊论文-广东化工2009,36(9)刘正朋.LIU Zhengpeng钒酸铋的制备及降解亚甲基兰的研究期刊论文-科技传播2010(24)刘晶冰.汪浩.张慧明.张文熊.严辉.LIU Jing-Bing. WANG Hao. ZHANG Hui-Ming. ZHANG Wen-Xiong. YAN Hui 化学 浴沉积法制备高取向钒酸铋薄膜期刊论文-无机化学学报2007,23(7)邢占军.郝乐.仇洁楠.次立杰.任蕾.张萍.XING Zhan-jun. HAO Le. QIU

32、Jie-nan. CI Li-jie. REN Lei. ZHANG Ping 包覆型超细黄色颜料BiVO4的制备研究期刊论文-石家庄学院学报2008，10(3)蒋海燕.戴洪兴.孟雪.张磊.邓积光.吉科猛.JIANG Haiyan. DAI Hongxing. MENG Xue. ZHANG Lei. DENG Jiguang JI Kemeng单斜BiVO4可见光催化降解甲基橙的形貌效应期刊论文-催化学报2011，32(6)陈青.孙嫵.段小川.郑文君.CHEN Qing.SUN Yan.DUAN Xiao-Chuan.ZHENG Wen-Jun单斜BiV04的离子液体辅助 水热合成及表征期刊论文-高等学校化学学报2011，32(3) 引用本文格式：倪秋洋.张凌峰.熊静芳.徐孝文.NI Qiuyang.ZHANG Lingfeng.XIONG Jingfang.XU Xiaowen浸渍法 合成BiVO4/NaY光催化材料期刊论文-苏州科技学院学报（自然科学版）2010(3)