Page 189 - 精细化工2019年第9期
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第 9 期                        吴   香，等: BiVO 4 -MnO 2 光催化剂的制备及性能                          ·1917·


            对 BiVO 4 的改性研究主要有形貌结构调控               [11-12] 、元   （5~15）∶100，称取适量的 KMnO 4 加入 BiVO 4 前
            素掺杂    [13-14] 、负载金属或非金属氧化物         [15-16] 和半导    驱体溶液中，磁力搅拌 30  min 后将混合溶液转入
            体复合    [17]  4 种，与另外 3 种方法相比较，半导体复                 100 mL 水热反应釜中，180  ℃水热反应 24 h，反应
            合能促进催化剂表面光生电子-空穴对快速分离，界                            结束后自然冷却至室温，过滤，滤饼用去离子水和
                                               [18]
            面电荷 转移 和传递 。 如 BiVO 4 /CeO 2          、 BiVO 4 /   无水乙醇洗涤数次，然后置于 70  ℃干燥箱中干燥
            Ag 2 O [19] 中催化剂光催化活性得到显著提高。                       12  h，得到不同复合比例的 BiVO 4 -MnO 2 复合催化
                 MnO 2 是一种过渡金属氧化物，也是 n 型半导体                    剂。表 1 为复合不同质量比的 BiVO 4 -MnO 2 的投料
            材料，将其与 BiVO 4 复合能使催化剂表面电荷转移                        量，其中，NH 4 VO 3  0.58 g，Bi(NO 3 ) 3 5H 2 O 2.43 g。
            电阻减小，提升催化剂的光催化性能。Trzcinski 等                [20]   纯 BiVO 4 在相同条件下单独制备。
            采用物理研磨高温焙烧制备 BiVO 4 /MnO 2 复合物，
                                                                        表 1    不同质量比的 BiVO 4 -MnO 2
            光照 2 h 下对 MB 的降解率为 55%，催化效果不佳，
                                                               Table  1    Mass  ratios  of  raw  materials  for  preparation  of
            物理研磨和高温焙烧不能保证所制备的复合物均匀                                     BiVO 4 -MnO 2
            有效复合；其次制备工艺复杂。                                                               样品

                 为此，本文通过一步水热法制备了 BiVO 4 -MnO 2                            B-M5   B-M8  B-M10   B-M12   B-M15
            复合物，探讨 BiVO 4 复合不同含量比例的 MnO 2 对                    m (MnO 2)∶  5∶100  8∶100  10∶100  12∶100  15∶100
                                                                m(BiVO 4)
            复合物光催化活性的影响，同时测试表征复合物
                                                                KMnO 4/g  0.147  0.235  0.294   0.358   0.441
            BiVO 4 -MnO 2 相关的结构性能参数，以期为高催化活
            性光催化剂的制备提供思路。                                          MnO 2 制备：称取 0.5136 g 高锰酸钾溶于 65 mL
                                                               蒸馏水中，机械搅拌直至完全溶解，移入 100  mL
            1   实验部分
                                                               水热反应釜中，180  ℃水热反应 24 h，冷却后将所
                                                               得沉淀物离心洗涤，烘干后，得到 MnO 2 样品
            1.1    原料与仪器
                 Bi(NO 3 ) 3 ·5H 2 O、NH 4 VO 3 、NaOH，成都市科龙     0.112 g，收率约为 40%。
                                                                   物理混合 BiVO 4 和 MnO 2 样品（WLB-M10）：
            化工试剂厂；KMnO 4 、无水乙醇（C 2 H 5 OH）、HNO 3 ，
                                                               根据 MnO 2 占 BiVO 4 的质量分数为 10%，称取已制
            重庆川东化工有限公司；罗丹明 B（C 28 H 31 ClN 2 O 3 ，
                                                               备的 BiVO 4 样品 1.0  g 和自制 MnO 2 样品 0.1  g，将
            RhB），天津市光夏精细化工研究所，所用试剂均为
                                                               BiVO 4 放入玛瑙研磨钵中研磨 10  min，然后加入自
            分析纯。
                 Shimadzu XRD-6000 X 射线衍射仪（XRD）（测              制 MnO 2 样品继续研磨 20 min，直至 BiVO 4 和 MnO 2
                                                               的粉末样品混合均匀。
            定条件：靶材 Cu，管电压 40 V，管电流 40 mA，扫
                                                               1.3    光催化活性评价
            描范围为 10~80），荷兰 SpectrisPte 公司；Nicolet
                                                                   分别取 100 mg BiVO 4 、B-M5、B-M8、B-M10、
            iS50 型傅里叶变换红外光谱仪（FTIR），波数范围：
                        –1
            4000~400 cm ；ESCALAB250Xi X 射线光电子能谱                B-M12、B-M15、WLB-M10、10 mg 自制的 MnO 2 ，
                                                               加入到初始质量浓度为 10 mg/L 的 RhB（100 mL）
            仪（XPS）〔以 C1s（284.8  eV）为校准峰进行荷电
                                                               溶液中，避光磁力搅拌 0.5  h 达到吸附-脱附平衡，
            校正〕，赛默飞世尔科技有限公司；FEI  NOVA  400
                                                               采用 300 W 氙灯模拟可见光光源，灯距 20 cm，光
            扫描电子显微镜（SEM）（场发射，分辨率 1 nm），
                                                               照开始后，每隔 30  min 取混合液 4  mL，进行高速
            美国 FEI 公司；TU-1901 UV-Vis 双光束紫外-可见分
                                                               离心分离，然后取其上清液在紫外-可见光分光光度
            光光度计（对比基准物 BaSO 4 ），日本岛津公司；
                                                               计上测其吸光度（λ max =554  nm），根据吸光度计算
            Quadrasorb 2MP 全自动多站比表面积和孔径分析仪
                                                               罗丹明 B 的降解率 η：
            （BET），美国康塔仪器公司；F-4600 型荧光光谱仪                                            A   A
            （激发波长 325 nm），日立高新技术公司。                                           /%   0   t    100
                                                                                      A
            1.2    BiVO 4 -MnO 2 的制备                                                   0
                                                               式中：A 0 和 A t 分别为光照前和光照 t 时间后反应液
                 BiVO 4 前驱体制备：室温下按物质的量比 1∶1
                                                               的吸光度。
            称取硝酸铋、偏钒酸铵，将 Bi(NO 3 ) 3 5H 2 O 溶于 25
            mL 稀 HNO 3 溶液中得到 A 溶液，在磁力搅拌下将                      2    结果与讨论
            NH 4 VO 3 加入 A 溶液中，继续搅拌得到透明黄色溶
            液，用 NaOH 溶液（2  mol/L）调节 pH 为 6，得到                  2.1    BiVO 4 -MnO 2 的光催化活性
            BiVO 4 前驱体溶液。根据 MnO 2 占 BiVO 4 的质量比                    图 1 为自制 MnO 2 、BiVO 4 、物理混合 BiVO 4 -
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