一種製備負載納米鈮酸鉍樹脂光催化劑的方法
2023-06-28 04:59:21
專利名稱：一種製備負載納米鈮酸鉍樹脂光催化劑的方法
技術領域：
本發明屬於光催化劑製備技術領域，具體涉及一種製備負載納米鈮酸鉍樹脂光催化劑的方法。
背景技術：
自1972年T^2被用於光解水以來，研發半導體光催化材料並將其用於有機汙染物的降解，是材料領域的熱門課題。這種光催化氧化技術，可將有毒有害的有機汙染物轉變為二氧化碳、水、無機離子或比原有機物毒性小的物質，具有少汙染或無汙染、設備簡單、操作方便、高效等優點。近三十年來，以TiO2為代表傳統光催化劑和以鈮酸銀(AgNbO3)、鈮酸鉛(Pb2Nb2O7)、鈮酸銦(InNbO4)和鈮酸鉍(BiNbO4)為代表的新型催化劑，等得到了廣泛而深入的研究。但大多數學者採用的是粉體直接催化，這種方法分離回收困難，使得該技術難以得到推廣應用。因此，尋找合適的載體，實現光催化材料的負載，對於該技術大規模實用化和商品化具有重要的意義。目前，光催化劑的負載多採用玻璃珠、層狀石墨、陶瓷球、海砂、天然礦物等。這些載體可不同程度的改善光催化劑的催化效果，但都存在載體來源不穩定、載體使用壽命短及難以發揮載體自身的特點等問題，不利於推廣使用。合成樹脂是一類人工合成的高分子聚合物，不同型號的樹脂具有不同的性能，在食品、生物醫藥、化工催化及水處理等領域中已有較廣泛的應用，隨著合成樹脂產業的發展，許多新型樹脂被成功開發，如國產LSA900C型合成樹脂，但對這些樹脂的應用技術研究較少，制約了這些樹脂的推廣使用。
發明內容
本發明的目的是提供了一種製備負載納米鈮酸鉍樹脂光催化劑的方法，首次將 LSA900C型合成樹脂用於光催化劑鈮酸鉍的負載，與現有技術相比，製得的負載納米鈮酸鉍樹脂光催化劑催化效率高、催化活性大、負載牢固性強且使用壽命長。本發明所採用的技術方案是，一種製備負載納米鈮酸鉍樹脂光催化劑的方法，包括以下步驟步驟1、製備納米鈮酸鉍光催化劑步驟2、稱取適量納米鈮酸鉍光催化劑和LSA900C型合成樹脂，控制其兩者質量比使樹脂負載量為5% 25%，將其兩者放置於無水乙醇中，在超聲波清洗機中超聲反應 30min 40min，使納米鈮酸鉍光催化劑和LSA900C型合成樹脂充分反應，得到固液混合物；步驟3、將步驟2得到的固液混合物抽濾，自然乾燥1 14h後，置於真空乾燥箱中以8°C 10°C /min的速度升溫至180°C 200°C，保溫0. 5h lh，隨爐冷卻，取出，即得負載納米鈮酸鉍樹脂光催化劑。步驟1製備納米鈮酸鉍光催化劑的具體步驟為
步驟la、稱取摩爾比為1 2的五氧化二鈮和五水硝酸鉍；步驟lb、將步驟Ia稱取的五氧化二鈮在濃度為48% 51%的氫氟酸中充分溶解， 將得到的混合溶液在70°C 100°C溫度下水熱反應池 6h，自然冷卻後，所得溶液記為A 溶液；水熱反應所用設備為有聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜；步驟lc、將步驟Ia稱取的五水硝酸鉍在濃度為 3%的稀硝酸中充分溶解，將得到的混合溶液磁力攪拌1. 5h 2.證，所得溶液記為B溶液；磁力攪拌所用設備為磁力攪拌器；步驟Id、將步驟Ib得到的A溶液以及步驟Ic得到的B溶液混合併攪拌均勻，用濃度為觀%的濃氨水調pH值至8 9，得到白色沉澱物，將該白色沉澱抽濾，並用去離子水洗滌至中性後，置於真空乾燥箱中在100°C 120°C的溫度下，乾燥IOh 12h，將乾燥後物質在200°C 600°C的溫度下，煅燒他 10h，即得納米鈮酸鉍光催化劑。本發明方法的有益效果是1、方法操作簡便，不需特殊設備，成本低廉，且重複性良好，適合工業大量製備。2、通過本發明方法製得的負載納米鈮酸鉍樹脂光催化劑能夠高效催化降解水體中有機汙染物，催化效率高，催化活性大，負載牢固性強，使用壽命長；在使用時，負載納米鈮酸鉍樹脂光催化劑能漂浮在水面，具有易分離，操作簡便，可循環使用等優點。3、擴展了國產的新型合成樹脂LSA900C型合成樹脂的應用領域。
圖1為本發明方法製得的納米鈮酸鉍光催化劑的X射線衍射圖譜；圖2為本發明方法所使用的LSA900C型合成樹脂的掃描電鏡圖；圖3為本發明方法製備的負載納米鈮酸鉍樹脂光催化劑的掃描電鏡圖；圖4為本發明方法製備的負載納米鈮酸鉍樹脂光催化劑的降解曲線圖。
具體實施例方式步驟1、製備納米鈮酸鉍光催化劑，其具體步驟為步驟la、稱取質量為1. 0632g的五氧化二鈮(Nb2O5)，以及質量為3. 8806g的五水硝酸鉍(Bi(NO3)3 · 5H20)，其兩者的摩爾比為1 2。步驟lb、將步驟Ia稱取的五氧化二鈮在30mL 50mL、且濃度為48% 51%的氫氟酸中充分溶解，將得到的混合溶液在有聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中，在70°C 100°C溫度下水熱反應池 6h，自然冷卻後，所得溶液記為A溶液。步驟lc、將步驟Ia稱取的五水硝酸鉍在濃度為1 % 3%的稀硝酸中充分溶解，將得到的混合溶液在磁力攪拌器中磁力攪拌1. 5h 2.證，所得溶液記為B溶液。步驟Id、將步驟Ib得到的A溶液以及步驟Ic得到的B溶液混合併攪拌均勻，用濃度為觀%的濃氨水調pH值至8 9，得到白色沉澱物，將該白色沉澱抽濾，並用去離子水洗滌至中性後，置於真空乾燥箱中在100°C 120°C的溫度下，乾燥IOh 12h，將乾燥後物質置於馬弗爐中，並在200°C 600°C的溫度下，煅燒他 10h，即得納米鈮酸鉍光催化劑。如圖1所示，圖中線條1為本實施例中製得的納米鈮酸鉍光催化劑的X射線衍射圖譜。步驟2、稱取質量為0. Ig的納米鈮酸鉍光催化劑，以質量為0. 4 2g的LSA900C型合成樹脂，此時，樹脂負載量為5% 25%。將稱得的納米鈮酸鉍光催化劑和LSA900C 型合成樹脂放置於20mL SOmL無水乙醇中，納米鈮酸鉍光催化劑和LSA900C型合成樹脂在無水乙醇介質中，使用超聲波清洗機超聲反應30min 40min，使納米鈮酸鉍光催化劑和 LSA900C型合成樹脂充分反應，得到固液混合物；步驟3、將步驟2得到的固液混合物抽濾，自然乾燥1 14h後，置於真空乾燥箱中以8°C 10°C /min的速度升溫至180°C 200°C，保溫0. 5h lh，隨爐冷卻，取出，即得負載納米鈮酸鉍樹脂光催化劑。如圖2所示為，本發明方法所使用的大孔吸附樹脂LSA900C型合成樹脂的掃描電鏡圖。如圖3所示為，本發明方法製備的負載納米鈮酸鉍樹脂光催化劑的掃描電鏡圖。使用本發明方法製備的負載納米鈮酸鉍樹脂光催化劑進行光催化降解實驗。用奧硝唑作為光催化活性的降解模型。取濃度為IOmg -Γ1的奧硝唑溶液和0. Ig負載納米鈮酸鉍樹脂光催化劑一同加入反應器，光源為300W紫外高壓汞燈。在每次光照開始前，先超聲 30min達到吸附-解吸平衡，然後抽取一個Omin的樣本作為之後數據的參考。打開紫外燈光源開始光照，實驗過程中通冷卻水和空氣，每隔IOmin取樣一次，分離除去負載光催化劑後，取上層清液測試其紫外-可見吸收光譜。不同時間取樣的吸收峰峰值和Omin時母液峰值的比值就是降解率。試驗結果如圖4所示。圖4中，橫坐標為降解時間，縱坐標為降解率，線1為奧硝唑空白溶液，線2為鈮酸鉍的降解曲線，線3為本實施例製備的負載納米鈮酸鉍樹脂光催化劑的降解曲線。從圖4 可以看出，本發明方法製備的負載納米鈮酸鉍樹脂光催化劑的降解率大於鈮酸鉍和奧硝唑空白溶液的降解率，說明其降解效果優於直接使用納米鈮酸鉍光催化劑的降解效果。
權利要求
1.一種製備負載納米鈮酸鉍樹脂光催化劑的方法，其特徵在於，包括以下步驟步驟1、製備納米鈮酸鉍光催化劑步驟2、稱取適量納米鈮酸鉍光催化劑和LSA900C型合成樹脂，控制其兩者質量比使樹脂負載量為5% 25%，將其兩者放置於無水乙醇中，在超聲波清洗機中超聲反應30min 40min，使納米鈮酸鉍光催化劑和LSA900C型合成樹脂充分反應，得到固液混合物；步驟3、將步驟2得到的固液混合物抽濾，自然乾燥12h 14h後，置於真空乾燥箱中以8°C 10°C /min的速度升溫至180°C 200°C，保溫0. 5h lh，隨爐冷卻，取出，即得負載納米鈮酸鉍樹脂光催化劑。
2.按照權利要求1所述製備負載納米鈮酸鉍樹脂光催化劑的方法，其特徵在於，所述步驟1的具體步驟為步驟la、稱取摩爾比為1 2的五氧化二鈮和五水硝酸鉍；步驟lb、將步驟Ia稱取的五氧化二鈮在濃度為48% 51%的氫氟酸中充分溶解，將得到的混合溶液在70°C 100°C溫度下水熱反應池 他，自然冷卻後，所得溶液記為A溶液；步驟lc、將步驟Ia稱取的五水硝酸鉍在濃度為 3%的稀硝酸中充分溶解，將得到的混合溶液磁力攪拌1. 5h 2.證，所得溶液記為B溶液；步驟Id、將步驟Ib得到的A溶液以及步驟Ic得到的B溶液混合併攪拌均勻，用濃度為觀％的濃氨水調PH值至8 9，得到白色沉澱物，將該白色沉澱抽濾，並用去離子水洗滌至中性後，置於真空乾燥箱中在100°C 120°C的溫度下，乾燥IOh 12h，將乾燥後物質在 200°C 600°C的溫度下，煅燒他 10h，即得納米鈮酸鉍光催化劑。
3.按照權利要求2所述製備負載納米鈮酸鉍樹脂光催化劑的方法，其特徵在於，所述步驟Ib中，所述水熱反應所用設備為有聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜。
4.按照權利要求2所述製備負載納米鈮酸鉍樹脂光催化劑的方法，其特徵在於，所述步驟Ic中，所述磁力攪拌所用設備為磁力攪拌器。
全文摘要
一種製備負載納米鈮酸鉍樹脂光催化劑的方法，包括以下步驟製備納米鈮酸鉍光催化劑稱取適量納米鈮酸鉍光催化劑和LSA900C型合成樹脂，控制其兩者質量比使樹脂負載量為5％～25％，將其兩者放置於無水乙醇中，在超聲波清洗機中超聲反應，使充分反應；將得到的混合物抽濾，自然乾燥後，置於真空乾燥箱中以8℃～10℃/min的速度升溫至180℃～200℃，保溫0.5h～1h，隨爐冷卻，取出，即得。本發明方法首次將LSA900C型合成樹脂用於光催化劑鈮酸鉍的負載，與現有技術相比，製得的負載納米鈮酸鉍樹脂光催化劑催化效率高、催化活性大、負載牢固性強且使用壽命長。
文檔編號B01J31/36GK102284305SQ201110173570
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月24日 優先權日2011年6月24日
發明者何強, 餘中, 姚秉華, 龐秀芬, 趙潔 申請人:西安理工大學