一种Fe2O3@BiVO4光催化材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及光催化降解领域，一种Fe

背景技术

四环素作为抗生素的其中一种，人体无法完全吸收，会通过尿液和粪便进入环境中，并且，四环素不易降解，具有较强的化学稳定性。因此，对水系统中的四环素降解是十分必要的。主流的治理技术有化学催化氧化，物理吸附和生物降解，但这些方法分别有二次污染，周期长及成本高的局限性光催化技术由于绿色环保，操作简单，效率高的特点成为在能源，环境等方面的研究热点。

相比于其他方法，光催化具有反应条件温和、设备简单、二次污染少、利用太阳光作为唯一的外部能量输入等优点，是一种很有前途的污染控制技术。

半导体光催化已被广泛研究，而在基于半导体催化剂的体系中，钒酸铋尤其是单斜结构的钒酸铋(以下称为mBiVO

但是mBiVO4独特的面结构赋予了它作为一种优秀的光催化剂的巨大潜力，由于不同晶面中的不同原子配位和构型决定了mBiVO

发明内容

为解决电子转移效率低、载流子迁移率差和表面吸附能力弱，导致现有的催化剂降解四环素能力弱的问题，本发明旨在提供一种Fe

本发明的目的在于：构建一种Fe

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种Fe

BiVO

一种Fe

2）将步骤（1）得到溶液冷却至室温后，使用有机溶剂和水洗涤产物，真空干燥；

3）将BiVO

4）向步骤3）所得悬浊液中加入氯化亚铁，在暗处搅拌；

5）加入碘酸钾，并在氙灯下反应；

6）反应结束后，收集沉淀物，用有机物和蒸馏水洗涤产物，真空干燥即得到所述Fe

其中，步骤（4）在反应过程中，光催化剂接受的光子数量越多，产生的空穴与光生电子数量就会越多，同时与空穴复合的也越多，在光生电子的迁移过程中，越多的光生电子跃迁到光催化剂的表面且不与空穴发生复合，光催化剂的催化效率就会越高。因而，需要在避光条件下进行反应处理。步骤4）暗处搅拌控制钒酸铋的活性，稳定形成尖晶石型氧化铁，加强铁氧体内部的自发磁化现象，增加氧化铁的光催化性能，同时抑制了光电子的产生和迁移，而步骤5）进一步利用光沉积的方法在BiVO

作为优选，步骤1）所述五水硝酸铋与偏钒酸铵质量比为（3.95～4.15）:1。

作为优选，步骤1）所述硝酸溶液为浓度为1.5～2.5 mol/L。

作为优选，步骤1）所述pH为0.4～0.6。

作为优选，步骤2）所述有机溶剂为无水乙醇和/或丙酮和/或氯仿。

作为优选，步骤3）所述BiVO

步骤3）还应当pH为1.0～2.0，该条件下主要生成单斜白钨矿晶系，同时伴有微量的四方晶系，单斜白钨矿晶系所含重量百分比均大于90%。

作为优选，步骤4）作为优选使用超纯水作为溶剂；步骤4）所述氯化亚铁和溶液质量比为1：（95～105）。

作为优选，步骤5）所述光源为300W氙灯，氙灯采用滤光片，滤去紫外光，保留400nm<λ<800 nm的可见光，光源距离反应液为22～27cm。

作为优选，步骤5）所述反应时间为2.7～3.2 h。

步骤5）所述反应可以添加催化材料十四烷基三甲基溴化铵(TTAB)，TTAB是一种典型的单链阳离子表面活性剂，在溶液中由于碳氢链的疏水作用能够平衡极性头之间的静电排斥作用，在材料合成中可用作纳米颗粒生长的模板。

作为优选，步骤5）所述碘酸钾和溶液质量比为1：（490～510）。

作为优选，步骤6）所述有机溶剂为无水乙醇和/或丙酮和/或氯仿。

作为优选，步骤6）所述真空干燥在温度为50～60 ℃条件下干燥12h。

一种Fe

作为优选，所述应用方法为：将Fe

采用本发明所涉及的技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：本发明提供的Fe

附图说明

图1为实施例1中BiVO

图2为实施例1的四环素的降解率曲线图；

图3为实施例1中BiVO

图4为实施例2的四环素的降解率曲线图；

图5为实施例3的四环素的降解率曲线图。

具体实施方式

下面以具体实施例来对本发明方案做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。

实施例1：一种Fe

1）称取2.37g五水硝酸铋和0.6 g偏钒酸铵加入到30 mL 1.5mol/L的硝酸溶液中，搅拌30min直到完全溶解，随后，将浓氨水缓慢滴加到上述溶液中调节pH到0.4，继续搅拌两个小时，得到前驱体；

2）将前驱体溶液加入到100 mL Teflon的不锈钢高压反应釜中，在205℃下水热12h，反应结束并且待反应釜自然冷却至室温以后，用无水乙醇和蒸馏水分别洗涤产物3次，置于50℃下真空干燥12 h得到BiVO

3）称取0.1 gBiVO

4）向悬浊液中加入氯化亚铁，氯化亚铁用量为悬浊液质量的1 %，在暗处磁力搅拌30 min；

5）以碘酸钾：溶液质量比为1：500的比例加入碘酸钾，并在300 w氙灯下反应3 h，氙灯采用滤光片，滤去紫外光，保留400 nm<λ<800 nm的可见光，光源距离反应液为25 cm；

6）反应结束后，收集沉淀物，用乙醇和蒸馏水分别洗涤3次，置于50℃下真空干燥12 h即得到Fe

对所得的Fe

此外，采用模拟太阳光降解四环素作为模型反应，通过紫外可见分光光度仪测定四环素溶液在357 nm处的吸光度以确定其相对浓度，以此评价材料的光催化性能。光源为300 W氙灯（采用滤光片，滤去紫外光，保留400 nm<λ<800 nm的可见光），光源距离反应液为22 cm。在一定的温度和pH 值下，向含有50 mL20 mg/L的四环素溶液的双层石英反应管中加入10 mg TTAB，随后开启氙灯在持续光照和磁力搅拌下进行光催化实验。反应开始后，每隔5 min取样，经0.22 μm有机滤膜过滤后使用紫外可见分光光度仪测定滤液在357 nm处的吸光度，依据标准曲线，换算为四环素的相对质量浓度C (mg/L)。依据C/C

η=C/C

在实验中在光照情况下分别做了1.空白实验（无催化剂）；2.仅添加催化剂BiVO

从图2中可以明显看出，本发明相较于钒酸铋（BiVO

另外，本实施例样品还进行了SEM表征，表征结果如图3所示。从表征结果可以看出，本发明主要生成单斜白钨矿晶系。

实施例2：一种Fe

1）称取2.4 g五水硝酸铋和0.6 g偏钒酸铵加入到30 mL 2 mol/L的硝酸溶液中，搅拌30min直到完全溶解，随后，将浓氨水缓慢滴加到上述溶液中调节pH到0.4，继续搅拌两个小时得到前驱体；

2）将前驱体溶液加入到100 mL Teflon的不锈钢高压反应釜中，在200 ℃下水热24 h，反应结束并且待反应釜自然冷却至室温以后，用乙醇和蒸馏水分别洗涤产物3次，置于50℃下真空干燥12 h得到BiVO

3）称取0.1 gBiVO

4）向悬浊液中加入氯化亚铁，氯化亚铁用量为悬浊液质量的1 %，在暗处磁力搅拌30 min；

5）以碘酸钾：溶液质量比为1：490的比例加入碘酸钾，并在300 w氙灯下反应3 h，氙灯采用滤光片，滤去紫外光，保留400 nm<λ<800 nm的可见光，光源距离反应液为25 cm；

6）反应结束后，收集沉淀物，用乙醇和蒸馏水分别洗涤3次，置于50℃下真空干燥12 h即得到Fe

采用模拟太阳光降解四环素作为模型反应，通过紫外可见分光光度仪测定四环素溶液在357 nm处的吸光度以确定其相对浓度，以此评价材料的光催化性能。光源为300 W氙灯（采用滤光片，滤去紫外光，保留400 nm<λ<800 nm的可见光），光源距离反应液为25 cm。在一定的温度和pH 值下，向含有50 mL20 mg/L的四环素溶液的双层石英反应管中加入10mg TTAB，随后开启氙灯在持续光照和磁力搅拌下进行光催化实验。反应开始后，每隔5 min取样，经0.22 μm有机滤膜过滤后使用紫外可见分光光度仪测定滤液在357 nm处的吸光度，依据标准曲线，换算为四环素的相对质量浓度C (mg/L)。依据C/C

η=C/C

在实验中在光照情况下分别做了1.空白实验（无催化剂）；2.仅添加催化剂BiVO

观察图像可知BiVO

实施例3：一种Fe

1）称取2.49g五水硝酸铋和0.6 g偏钒酸铵加入到30 mL 2.5mol/L的硝酸溶液中，搅拌30min直到完全溶解，随后，将浓氨水缓慢滴加到上述溶液中调节pH到0.4，继续搅拌两个小时得到前驱体；

2）将前驱体溶液加入到100 mL Teflon的不锈钢高压反应釜中，在210℃下水热36h，反应结束并且待反应釜自然冷却至室温以后，用无水乙醇和蒸馏水分别洗涤产物3次，置于50℃下真空干燥12 h得到BiVO

3）称取0.1 gBiVO

4）向悬浊液中加入氯化亚铁，氯化亚铁用量为悬浊液质量的1 %，在暗处磁力搅拌30 min；

5）以碘酸钾：溶液质量比为1：510的比例加入碘酸钾，并在300 w氙灯下反应3 h，氙灯采用滤光片，滤去紫外光，保留400 nm<λ<800 nm的可见光，光源距离反应液为25 cm；

6）反应结束后，收集沉淀物，用乙醇和蒸馏水分别洗涤3次，置于50℃下真空干燥12 h即得到Fe

采用模拟太阳光降解四环素作为模型反应，通过紫外可见分光光度仪测定四环素溶液在357 nm处的吸光度以确定其相对浓度，以此评价材料的光催化性能。光源为300 W氙灯（采用滤光片，滤去紫外光，保留400 nm<λ<800 nm的可见光），光源距离反应液为27 cm。在一定的温度和pH 值下，向含有50 mL20 mg/L的四环素溶液的双层石英反应管中加入10mg TTAB，随后开启氙灯在持续光照和磁力搅拌下进行光催化实验。反应开始后，每隔5 min取样，经0.22 μm有机滤膜过滤后使用紫外可见分光光度仪测定滤液在357 nm处的吸光度，依据标准曲线，换算为四环素的相对质量浓度C (mg/L)。依据C/C

η=C/C

在实验中在光照情况下分别做了1.空白实验（无催化剂）；2.仅添加催化剂BiVO

观察图像可知BiVO