阅读说明：本技术 一种TaON/Ag3VO4/泡沫镍光催化膜及其制备方法和应用 (TaON/Ag3VO4Foamed nickel photocatalytic film and preparation method and application thereof ) 是由 王少莽 于 2020-07-01 设计创作，主要内容包括：本发明属于光催化环境污染物净化技术领域,具体涉及一种TaON/Ag<Sub>3</Sub>VO<Sub>4</Sub>/泡沫镍光催化膜及其制备方法和应用。将球磨均匀的TaON和Ag<Sub>3</Sub>VO<Sub>4</Sub>混合粉体加入乙酰丙酮-碘溶液中,利用电沉积技术将其固载在泡沫镍上,获得了一种新型高效TaON/Ag<Sub>3</Sub>VO<Sub>4</Sub>/泡沫镍光催化膜。将其用于染料废水治理中的光催化降解品红溶液的结果显示,12％TaON/Ag<Sub>3</Sub>VO<Sub>4</Sub>/泡沫镍光催化膜活性最高,在72W LED白光照射1h后,其对50mL、10mg/L品红溶液的降解效率分别为TaON/泡沫镍和Ag<Sub>3</Sub>VO<Sub>4</Sub>/泡沫镍的4.6和1.1倍。(The invention belongs to the technical field of photocatalytic environmental pollutant purification, and particularly relates to TaON/Ag 3 VO 4 Foamed nickel photocatalytic film and its preparation process and application. Uniformly ball-milling TaON and Ag 3 VO 4 Adding the mixed powder into acetylacetone-iodine solution, and immobilizing the mixed powder on foamed nickel by using an electrodeposition technology to obtain novel high-efficiency TaON/Ag 3 VO 4 Foamed nickel photocatalytic film. The results of using it in a photocatalytic degradation magenta solution in dye wastewater treatment showed 12% TaON/Ag 3 VO 4 The photocatalytic film of foamed nickel has the highest activity, and after a 72W LED is irradiated for 1 hour in white light, the degradation efficiencies of the photocatalytic film to 50mL and 10mg/L fuchsin solutions are TaON/foamed nickel and Ag respectively 3 VO 4 4.6 and 1.1 times of nickel foam.)

一种TaON/Ag3VO4/泡沫镍光催化膜及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于光催化环境污染物净化技术领域，尤其涉及一种TaON/Ag₃VO₄/泡沫镍光催化膜及其制备方法和应用。

背景技术

光催化技术消除环境中的污染物，因有望利用太阳能，反应条件温和，低排放等优点，已成为研究的热点。然而，高效光催化材料的缺乏限制了这项技术的实际应用。

近年来，研究人员发现Ag₃VO₄和TaON两种可见光吸收良好的光催化材料具有较高的光催化降解有机污染物的活性。然而纯的Ag₃VO₄和TaON在光激发下光生电子-空穴对分离效率较低，导致它们的光催化活性并不突出。

虽然一些研究人员将Ag₃VO₄与其他粉体，如Fe₂O₃、Ag₂S、Y₂O₃等分别复合，或将TaON与Mo₂S、Bi₂O₃、Ta₃N₅等分别复合，得到了较纯Ag₃VO₄或TaON活性更高的复合材料，然而这些复合材料的光催化性能仍难以满足实际需求。

此外，目前Ag₃VO₄基或TaON基复合光催化材料，基本都是粉体。它们在实际使用过程中，存在易团聚，流失，难以回收再循环利用等问题，从而导致其难以工业化应用。

发明内容

为了解决纯的TaON和Ag₃VO₄的光催化活性并不突出的缺点，以及TaON或Ag₃VO₄基复合光催化粉体材料难以工业化应用的问题，本发明将适量TaON与Ag₃VO₄复合，并利用电泳沉积技术将其固载在泡沫镍基底上，构建了一种新型高效的TaON/Ag₃VO₄/泡沫镍光催化膜。

一种新型高效的TaON/Ag₃VO₄/泡沫镍光催化膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)、将AgNO₃水溶液滴入Na₃VO₄水溶液中，避光磁搅拌反应3-5h后，样品悬浊液经过滤，去离子水洗涤2-3遍、80-120℃烘干后，得到Ag₃VO₄粉体。

进一步的反应时间是4h，烘干温度是100℃。

(2)、称取适量Ta₂O₅放入氧化铝坩埚，将其置于管式炉中，以100-200mL/min的流量通入NH₃，并以10℃/min的升温速率将炉温加热至850-950℃，氮化2-4h后，冷却至室温，获得TaON粉体。

进一步的，NH₃流量175mL/min,氮化温度为900℃，时间为3h。

(3)、称取计量的TaON和Ag₃VO₄粉末放入球磨罐，在500r/min的转速下，球磨2h，混合粉体经200目筛子筛分后备用。

其中，TaON在TaON/Ag₃VO₄混合粉体中所占的质量比为6％-14％。

(4)、制备TaON/Ag₃VO₄/泡沫镍光催化膜。

将剪裁好的泡沫镍(30mm×30mm×1mm)放入1-3mol/L稀盐酸中超声浸泡5-30min，去除表面杂质，再用去离子水洗至中性，干燥后备用。量取30-50mL乙酰丙酮倒入烧杯，向其中加入100-500mgTaON/Ag₃VO₄和5-15mg碘单质，超声0.5h。然后将两片备用的泡沫镍夹在电极夹上，间距1cm，并将其放入乙酰丙酮溶液中，在12-15V直流电压下沉积2-6min，干燥后获得TaON/Ag₃VO₄/泡沫镍光催化膜。

进一步的，沉积电压15V，沉积时间5min。

上述方法制备的TaON/Ag₃VO₄/泡沫镍光催化膜应用于水中染料降解。具体用于降解品红染料废水，其具体方法为：配制50mL，10mg/L的品红水溶液，倒入100mL光催化反应器，并将其放入四周有4片白色LED光源板(18W/LED光源板×4＝72W)的磁力搅拌器上，将制备好的TaON/Ag₃VO₄/泡沫镍光催化膜悬浮于溶液上方，避光磁搅拌1h后，打开光源，进行光催化降解反应，每隔1h取4mL溶液，利用光度计测溶液吸光度，计算品红的降解率。一轮使用后的TaON/Ag₃VO₄/泡沫镍光催化膜，经去离子水洗涤、干燥后，再进行下一轮降解反应。

有益效果如下：

本发明构建的TaON/Ag₃VO₄/泡沫镍光催化膜，光吸收范围宽，光催化降解水中染料的活性优异，有效避免了TaON/Ag₃VO₄粉体流失，难以回收等问题，也不需要再分离处理水中的TaON/Ag₃VO₄粉体。本发明制备方法简单，成本低，TaON/Ag₃VO₄/泡沫镍光催化膜可以重复使用，具有良好的工业化应用前景。

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

附图说明

图1为TaON/泡沫镍、Ag₃VO₄/泡沫镍、TaON/Ag₃VO₄/泡沫镍的宽角X射线衍射图；

图2为TaON/泡沫镍、Ag₃VO₄/泡沫镍、TaON/Ag₃VO₄/泡沫镍的窄角X射线衍射图；

图3是TaON/泡沫镍、Ag₃VO₄/泡沫镍、TaON/Ag₃VO₄/泡沫镍的形貌图；

图4是TaON/泡沫镍、Ag₃VO₄/泡沫镍、TaON/Ag₃VO₄/泡沫镍薄膜光催化降解品红的活性曲线；

图5为TaON/Ag₃VO₄/泡沫镍、TaON/Ag₃VO₄粉体、Fe₂O₃/Ag₃VO₄/泡沫镍和MoS₂/TaON/泡沫镍光催化分解品红的活性曲线；

图6为TaON/泡沫镍、Ag₃VO₄/泡沫镍、TaON/Ag₃VO₄/泡沫镍薄膜光催化降解品红的稳定性曲线。

具体实施方式

实施例1

按照对比例1的方法制备Ag₃VO₄；

按照对比例2的方法制备TaON；

称取30mgTaON和470mgAg₃VO₄，将二者混合后放入球磨罐，在500r/min转速下，球磨2h后，用200目筛子筛200mg 6％ TaON/Ag₃VO₄,将其加入40mL含10mg碘的乙酰丙酮溶液中，超声0.5h。将两片备用的泡沫镍夹在电极夹上，间距1cm，放入乙酰丙酮溶液，在15V直流电压下沉积5min,干燥后获得固载量约50mg、6％TaON/Ag₃VO₄/泡沫镍光催化膜。

实施例2

按照对比例1的方法制备Ag₃VO₄；

按照对比例2的方法制备TaON；

称取40mgTaON和460mgAg₃VO₄，将二者混合后放入球磨罐，在500r/min转速下，球磨2h后，用200目筛子筛200mg 8％TaON/Ag₃VO₄,将其加入40mL含10mg碘的乙酰丙酮溶液中，超声0.5h。将两片备用的泡沫镍夹在电极夹上，间距1cm，放入乙酰丙酮溶液，在15V直流电压下沉积5min,干燥后获得固载量约50mg 8％TaON/Ag₃VO₄/泡沫镍光催化膜。

实施例3

按照对比例1的方法制备Ag₃VO₄；

按照对比例2的方法制备TaON；

称取50mgTaON和450mgAg₃VO₄，将二者混合后放入球磨罐，在500r/min转速下，球磨2h后，用200目筛子筛200mg 10％TaON/Ag₃VO₄,将其加入40mL含10mg碘的乙酰丙酮溶液中，超声0.5h。将两片备用的泡沫镍夹在电极夹上，间距1cm，放入乙酰丙酮溶液，在15V直流电压下沉积5min,干燥后获得固载量约50mg 10％TaON/Ag₃VO₄/泡沫镍光催化膜。

实施例4

按照对比例1的方法制备Ag₃VO₄；

按照对比例2的方法制备TaON；

称取60mgTaON和440mgAg₃VO₄，将二者混合后放入球磨罐，在500r/min转速下，球磨2h后，用200目筛子筛200mg 12％TaON/Ag₃VO₄,将其加入40mL含10mg碘的乙酰丙酮溶液中，超声0.5h。将两片备用的泡沫镍夹在电极夹上，间距1cm，放入乙酰丙酮溶液，在15V直流电压下沉积5min,干燥后获得固载量约50mg 12％ TaON/Ag₃VO₄/泡沫镍光催化膜。

实施例5

按照对比例1的方法制备Ag₃VO₄；

按照对比例2的方法制备TaON；

称取70mgTaON和430mgAg₃VO₄，将二者混合后放入球磨罐，在500r/min转速下，球磨2h后，用200目筛子筛200mg 14％TaON/Ag₃VO₄,将其加入40mL含10mg碘的乙酰丙酮溶液中，超声0.5h。将两片备用的泡沫镍夹在电极夹上，间距1cm，放入乙酰丙酮溶液，在15V直流电压下沉积5min,干燥后获得固载量约50mg 14％TaON/Ag₃VO₄/泡沫镍光催化膜。

对比例1

称取1.4g Na₃VO₄·12H₂O加入20mL去离子水中配成溶液，再称取1.7g AgNO₃加入20mL去离子水中配制溶液，然后将AgNO₃水溶液滴入Na₃VO₄水溶液，避光磁搅拌反应4h，样品悬浊液经过滤，去离子水洗涤3遍，100℃干燥后，得到Ag₃VO₄粉体。

量取40mL乙酰丙酮倒入烧杯，向其中加入200mg Ag₃VO₄和10mg碘，超声0.5h。然后将两片备用的泡沫镍夹在电极夹上，间距1cm，并将其放入乙酰丙酮溶液，在15V直流电压下沉积5min,干燥后获得固载量约50mg Ag₃VO₄/泡沫镍光催化膜。

对比例2

称取1g Ta₂O₅放入氧化铝坩埚，将其置于管式炉中，以175mL/min的流量通入NH₃，并以10℃/min的升温速率将炉温加热至900℃，氮化3h后，冷却至室温，获得TaON粉体。

量取40mL乙酰丙酮倒入烧杯，向其中加入200mgTaON和10mg碘，超声0.5h。然后将两片备用的泡沫镍夹在电极夹上，间距1cm，并将其放入乙酰丙酮溶液，在15V直流电压下沉积3min，干燥后获得固载量约50mgTaON/泡沫镍光催化接触氧化膜。

对比例3

称取计量的Fe₂O₃和Ag₃VO₄粉末放入球磨罐，在500r/min的转速下，球磨2h，混合粉体经200目筛子筛分后获得12％Fe₂O₃/Ag₃VO₄粉体备用。

量取40mL乙酰丙酮倒入烧杯，向其中加入200mg 12％Fe₂O₃/Ag₃VO₄和10mg碘，超声0.5h。然后将两片备用的泡沫镍夹在电极夹上，间距1cm，并将其放入乙酰丙酮溶液，在15V直流电压下沉积5min,干燥后获得固载量约50mg 12％Fe₂O₃/Ag₃VO₄/泡沫镍光催化膜。

对比例4

称取计量的TaON和MoS₂粉末放入球磨罐，在500r/min的转速下，球磨2h，混合粉体经200目筛子筛分后获得12％TaON/Ag₃VO₄粉体备用。

量取40mL乙酰丙酮倒入烧杯，向其中加入200mg12％MoS₂/TaON和10mg碘，超声0.5h。然后将两片备用的泡沫镍夹在电极夹上，间距1cm，并将其放入乙酰丙酮溶液，在15V直流电压下沉积5min,干燥后获得固载量约50mg 12％MoS₂/TaON/泡沫镍光催化膜。

对比例5

称取计量的TaON和Ag₃VO₄粉末放入球磨罐，在500r/min的转速下，球磨2h，混合粉体经200目筛子筛分后获得50mg 12％TaON/Ag₃VO₄粉体备用。

图1为TaON/泡沫镍、Ag₃VO₄/泡沫镍、TaON/Ag₃VO₄/泡沫镍的宽角X射线衍射图。在2θ＝44.4°、51.8°、76.3°显示的三条峰为薄膜镍基底的衍射峰。在2θ＝30.9°、32.2°处出现的两条峰是Ag₃VO₄的特征衍射峰。而在2θ＝28.9°的峰为TaON的特征衍射峰。由于泡沫镍基底峰太强，导致TaON和Ag₃VO₄的衍射峰并不明显。由TaON/泡沫镍、Ag₃VO₄/泡沫镍、TaON/Ag₃VO₄/泡沫镍薄膜的窄角X射线衍射图(图2)可以看出，TaON的衍射峰与其单斜相(PDF#20-1235)一致，而Ag₃VO₄的衍射峰也与其单斜相(PDF#43-0542)一致，对于TaON/Ag₃VO₄/泡沫镍薄膜，随着TaON含量的上升，其特征峰强度逐渐增强。XRD结果显示，TaON与Ag₃VO₄成功地固载在泡沫镍上。

图3为TaON/泡沫镍、Ag₃VO₄/泡沫镍、TaON/Ag₃VO₄/泡沫镍的形貌图。从图3可以看出，TaON、Ag₃VO₄、TaON/Ag₃VO₄粉体均匀地固载在泡沫镍上,形成了TaON/泡沫镍、Ag₃VO₄/泡沫镍、TaON/Ag₃VO₄/泡沫镍薄膜。

图4为TaON/泡沫镍、Ag₃VO₄/泡沫镍及TaON/Ag₃VO₄/泡沫镍光催化降解品红溶液的活性，活性粉体在泡沫镍上的担载量约为50mg。由图4可知，随着光照时间的延长，水溶液中品红的浓度逐渐下降。TaON/泡沫镍的光催化降解品红的活性低于Ag₃VO₄/泡沫镍。而TaON与Ag₃VO₄复合后固载在泡沫镍上降解品红的活性高于Ag₃VO₄/泡沫镍，其中12％TaON/Ag₃VO₄/泡沫镍光催化分解品红的活性最高。经过2.5h、72W白色LED光源照射后，其可以将水中的品红完全降解。

由图5可以看出，12％TaON/Ag₃VO₄/泡沫镍光催化分解品红的活性，高于12％TaON/Ag₃VO₄粉体、12％Fe₂O₃/Ag₃VO₄/泡沫镍和12％MoS₂/TaON/泡沫镍光催化膜。

图6是12％TaON/Ag₃VO₄/泡沫镍循环降解品红溶液的活性。由图6可知，12％TaON/Ag₃VO₄/泡沫镍在3轮循环使用过程中，其降解品红溶液的活性没有明显地下降，表明所开发的12％TaON/Ag₃VO₄/泡沫镍光催化接触氧化膜具有良好的稳定性。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。