一种纺织纤维/BiVO4/CoO复合光催化材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种纺织纤维/BiVO4/CoO复合光催化材料的制备方法。该方法包括：BiVO4/CoO复合粉体制备，BiVO4/CoO复合催化剂制备，纺织纤维/BiVO4/CoO复合光催化材料制备。该方法简单、成本低，易于工业化生产；制备的复合催化材料催化性能好，并且可以循环使用。

【技术实现步骤摘要】
一种纺织纤维/BiVO4/CoO复合光催化材料的制备方法
本专利技术属于环境催化材料的制备方法领域，特别涉及一种纺织纤维/BiVO4/CoO复合光催化材料的制备方法。
技术介绍
随着人口数量增长和工业化发展，水污染问题已经成为最严重的环境问题之一，对人类健康和社会发展造成了不同程度的威胁，环境污染问题受到越来越多的关注。工业印染废水量大、所含污染物种类多、难降解，成为污染的重要影响因素，人们研究了很多种方法来解决环境污染问题，尤其是有机污染物污染问题，然而传统的处理方法如：物理吸附法，电解法，微生物处理法，生物化学降解法等；其中物理处理方法只是简单的吸附处理，并未解决实质问题；而一些化学氧化技术虽能降解有机物但是耗时，耗力且成本高，甚至会产生二次污染，不能被大规模投入水中使用。因此设计一种节能环保、无二次污染、高效的绿色催化剂具有十分重要的意义。钒酸铋(BiVO4)由于其低带隙、良好分散性、无毒性、耐腐蚀性以及可见光催化降解有机污染物等优异的性能而引起了人们的广泛关注。钒酸铋的禁带宽度为2.3～2.4eV，属于窄禁带半导体的范围，并且其氧化电位位于2.4eV附近，拥有很强的有机污染物降解能力，相比传统的光催化材料(TiO2，ZnO等)，其发展前景更为广阔。钒酸铋半导体导带电位是0V，具有光吸收能力差和光生载流子分离率低的缺陷，导致其光催化能力有限。CoO的加入增强了对可见光的吸收强度，拓宽了对可见光的响应范围，并且二者之间形成的异质结，有效抑制、阻碍光生电子和空穴的复合，进一步提升了催化剂的催化性能。粉体光催化剂在使用过程中存在两大类问题：一是使用时易团簇；二是使用后难回收，这使生产加工过程效率大大降低。但是现如今关于催化剂负载问题的研究仍旧不是很深入，需要我们继续研究关注并加以改善。研究者们以在纺织纤维表面构筑高比表面积的微纳米结构，并且克服粘合剂、各种浆料对催化纤维性能的不良影响为着眼点，尝试采用溶胶-凝胶整理法来制备光催化功能纤维，结果表明该方法制备的催化纤维有一定的催化性能，但是存在着以下问题：高温固化整理过程使得纺织纤维机械性能受到严重影响，溶胶-凝胶过程制备周期较长，效率低下等等。综合来说，该方法的应用受到极大限制。因此，在低温条件下，实现纳米光催化剂从无定形到定形的转换成为当前的研究热点。该难题的解决之道，在于寻求一种能绕过高温晶体生长和相变环节的低温制备高效光催化剂的方法，然后再对纺织纤维进行加工。中国专利技术专利申请号(CN201810123820.8)公开了一种钒酸铋光催化功能织物的制备方法：先将沸石类咪唑骨架材料(ZIF#8)处理到织物上，然后采用原位生长法，将钒酸铋(BiVO4)负载到用ZIF#8处理的织物上，此方法制备的光催化功能织物在可见光照射下能高效催化降解有机污染物，可以用于印染废水处理以及空气净化。但是降解结果表明：对活性黑KN#B的光催化降解率可达85％以上，重复使用3次后的对活性黑KN#B光催化降解率保持在65％以上，对空气中的甲醛降解率达到87％以上。中国专利技术专利申请号(201710383499.2)公开了一种单斜晶型氧化钨复合钒酸铋光催化材料及其制备方法和应用，采用溶胶凝胶法，配置加入了适量C6H807(柠檬酸)的Bi(NO)3.5H2O硝酸溶液；与加入了适量C6H807(柠檬酸)的NH4VO3水溶液采用磁力搅拌混合均匀，加入适量(NH4)6H2W12O40(偏钨酸氨)作为氧化钨的前驱反应源，放置在80-100℃的水浴条件下反应4小时，烘干研磨后经马弗炉褪火；通过优化反应过程中的酸碱度、反应温度及物质的量和褪火参数，即可制备具有良好光催化性能的单斜晶型氧化钨复合钒酸铋材料。在120min对罗丹明B的降解率达到97％以上。中国专利技术专利申请号(201710148502.2)公开了一种Z型光催化材料钒酸铋-银-溴化银的制备方法,所述钒酸铋-银-溴化银的制备方法包括以下步骤：首先，将钒酸铋微晶分散到水溶液中，加入一定的硝酸银，搅拌至硝酸银溶解后，用300W氙灯照射3小时，使银离子在钒酸铋表面被原位还原成银纳米粒子(悬浮液从淡黄色变为灰绿色)；然后，将得到的沉淀物离心洗涤3次，除去杂质离子，烘干，得到钒酸铋-银；最后，将钒酸铋-银分散于水溶液中，加入硝酸铁和溴化钾溶液，反应1小时，离心洗涤，得到AgBr-Ag-BiV04光催化材料。该方法具有操作简单、反应条件温和、制备周期短的优点。所制备的Z型光催化材料可用于降解四环素等环境污染物，80min对四环素的降解率可达到95％以上，但是Ag的存在使得催化剂性能不稳定，具有光腐蚀性。根据上述实例，虽然各个方法的光催化降解的效果也比较显著，对污水处理起到了一定的作用，但是降解耗时较长，循环使用性能欠佳。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种纺织纤维/BiVO4/CoO复合光催化材料的制备方法，以克服现有技术中复合催化剂的催化性能差、循环使用性能不佳以及复合催化剂制备需要高温等缺陷。本专利技术制备了一种复合光催化材料，在提高光催化降解效率的同时，其循环使用性能也得到了保障。本专利技术的一种纺织纤维/BiVO4/CoO复合光催化材料的制备方法，包括：(1)将Bi(NO3)3·5H2O加入到NH4VO3水溶液中，搅拌，加入一定比例Co(NO3)3·6H2O，水热反应，冷却，抽滤洗涤、烘干，得到BiVO4/CoO复合粉体，煅烧，冷却，得到BiVO4/CoO复合催化剂，其中Bi(NO3)3·5H2O、NH4VO3和Co(NO3)3·6H2O的摩尔比为:25:25:2～5:5:2；(2)将纺织纤维浸渍于步骤(1)中BiVO4/CoO复合催化剂的分散水溶液中，加入用量0.1g/L～0.3g/L的PEG、用量0.5g/L-1.5g/L的麦芽醇、用量0.2g/L-0.6g/L的聚吡咯、用量0.03g/L-0.07g/L的十六烷基三甲基氯化铵和用量0.1g/L-0.3g/L的巯丙基三乙氧基硅烷，搅拌，洗涤，烘干，焙烘，得到纺织纤维/BiVO4/CoO复合光催化材料，其中浸渍的浴比为100:1～200:1。所述步骤(1)中水热反应温度为140℃～180℃，水热反应时间为4h～8h。所述步骤(1)中煅烧温度为300℃～500℃，煅烧时间为2～4h。所述步骤(1)中BiVO4/CoO复合催化剂中BiVO4和CoO的质量比为10:1～50:1。所述步骤(1)、(2)中洗涤包括：用去离子水洗涤3次；烘干温度为60℃。所述步骤(2)中纺织纤维使用前将其放入100mL丙酮中超声处理30min，然后真空干燥。所述步骤(2)中纺织纤维为纤维素纤维、蛋白质纤维、再生纤维、合成纤维中一种或者几种。所述步骤(2)中BiVO4/CoO复合催化剂的分散水溶液的浓度为0.5～1.5mg/mL。所述步骤(2)中搅拌温度为55℃～85℃，搅拌时间为0.5h～1.5h。所述步骤(2)中焙烘温度为160～180℃，焙烘时间为3～7min。所述步骤(2)中加入的PEG、麦芽醇、聚吡咯、十六烷基三甲基氯化铵、巯丙基三乙氧基硅烷等助剂是为了提高粉体催化剂在纤维织物表面附着的牢度，以增加纺织纤维/BiVO4/CoO复合光催化材料的循环使用性能。本专利技术利用n型半导体BiVO4和p型半导体C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纺织纤维/BiVO4/CoO复合光催化材料的制备方法，包括：(1)将Bi(NO3)3·5H2O加入到NH4VO3水溶液中，搅拌，加入Co(NO3)3·6H2O，水热反应，冷却，抽滤洗涤、烘干，得到BiVO4/CoO复合粉体，煅烧，冷却，得到BiVO4/CoO复合催化剂，其中Bi(NO3)3·5H2O、NH4VO3和Co(NO3)3·6H2O的摩尔比为25:25:2～5:5:2；(2)将纺织纤维浸渍于步骤(1)中BiVO4/CoO复合催化剂的分散水溶液中，加入用量0.1g/L～0.3g/L的PEG、用量0.5g/L‑1.5g/L的麦芽醇、用量0.2g/L‑0.6g/L的聚吡咯、用量0.03g/L‑0.07g/L的十六烷基三甲基氯化铵和用量0.1g/L‑0.3g/L的巯丙基三乙氧基硅烷，搅拌，洗涤，烘干，焙烘，得到纺织纤维/BiVO4/CoO复合光催化材料，其中浸渍的浴比为100:1～200:1。

【技术特征摘要】
1.一种纺织纤维/BiVO4/CoO复合光催化材料的制备方法，包括：(1)将Bi(NO3)3·5H2O加入到NH4VO3水溶液中，搅拌，加入Co(NO3)3·6H2O，水热反应，冷却，抽滤洗涤、烘干，得到BiVO4/CoO复合粉体，煅烧，冷却，得到BiVO4/CoO复合催化剂，其中Bi(NO3)3·5H2O、NH4VO3和Co(NO3)3·6H2O的摩尔比为25:25:2～5:5:2；(2)将纺织纤维浸渍于步骤(1)中BiVO4/CoO复合催化剂的分散水溶液中，加入用量0.1g/L～0.3g/L的PEG、用量0.5g/L-1.5g/L的麦芽醇、用量0.2g/L-0.6g/L的聚吡咯、用量0.03g/L-0.07g/L的十六烷基三甲基氯化铵和用量0.1g/L-0.3g/L的巯丙基三乙氧基硅烷，搅拌，洗涤，烘干，焙烘，得到纺织纤维/BiVO4/CoO复合光催化材料，其中浸渍的浴比为100:1～200:1。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中水热反应温度为140℃～180℃，水热反应时间为4h...

【专利技术属性】
技术研发人员：王怡乐，刘保江，张瑞祥，张海升，田君梅，俞丹，王炜，
申请(专利权)人：东华大学，上海仁弗环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31