一種具有良好可見光響應的二維Bi12TiO20納米片的製備方法與流程

2023-05-02 23:53:06

本發明屬於化學材料製備技術領域，提供一種具有良好可見光響應的二維片狀bi12tio20材料的製備方法。

背景技術：

隨著現代工農業的發展,水環境汙染越來越嚴重,水體中大量有機汙染物嚴重威脅著人類自身乃至動植物的健康生長，治理水汙染迫在眉睫。光催化技術是一種高級氧化技術(aops),近年來在有機廢水特別是在高濃度、難降解廢水的治理中受到廣泛的關注。其中，二維材料由於其更短的光生電子空穴傳輸距離，優異的載流子傳輸效率和更多的反應位點，一直是近幾年研究的熱點。也因為這些優點，這種結構的材料有著更強的光催化活性。

bi2o3和tio2複合可形成具有多種晶相結構的複合氧化物:bi4ti3o12，bi2ti2o7，bi2ti4o11，bi12tio20，bi20tio32等，通稱為鈦酸鉍化合物。鈦酸鉍化合物有著特殊的晶體結構和電子結構,在它們的結構中均存在tio6八面體或tio4四面體,而與之相連接的bion多面體中存在因擁有6s2孤對電子對而具有立體活性的bi3+離子,這就使得其具有很好的光催化活性。xu等(acta.chimica.sinica,2005,63(1),5)將一定摩爾比的硝酸鉍和鈦酸四丁脂溶解在醋酸溶液中，通過化學溶液分解法得到鈦酸鉍的前驅體，再在550℃下煅燒，製備了bi12tio20，bi4ti3o12，bi2ti2o7納米粉體。其中bi12tio20有著最好的光催化活性。yuan等(newmater.chem.,2017,45(3),178)通過熔鹽法將一定比例的氧化鉍，二氧化鈦和氯化鈉氯化鉀研磨均勻，在管式爐中煅燒數小時，得到大塊的三維球狀bi12tio20粉體。wang等(mater.lett,2014,121(2),22)將硝酸鉍和鈦酸四丁脂溶解在二甲氧基乙醇和氫氧化鈉水溶液中，通過溶劑熱法在180℃下反應20h，製備了bi4ti3o12納米片。du等(phys.chem.chem.phys.,2016,18(38),26530)直接將氧化鉍和二氧化鈦混合，在750℃下煅燒2h，得到大塊的bi12tio20粉體。然而已知的報導中製備的bi12tio20都為三維結構。目前還沒有關於二維bi12tio20納米片製備方法的報導。所以開發操作簡單，成本低廉，適用於大規模生產的方法，已經成為二維bi12tio20納米片生產者們所追求的主要目標。

技術實現要素：

本發明目的是克服現有技術中存在的操作步驟複雜、耗時、成本高，並且沒有二維bi12tio20納米片的技術缺陷，提供一種製備具有良好光催化活性的二維片狀bi12tio20光催化劑及其方法。

本發明首先提供一種二維片狀bi12tio20材料，所述材料為二維片狀結構，晶化完全，形貌規則。

本發明還提供一種二維片狀bi12tio20光催化劑的製備方法，通過以下步驟實現：

(1)稱取一定量的氧化鉍，p25(鈦白粉)，氯化鈉，氯化鉀於研缽中，研磨均勻；

(2)將步驟(1)研磨後的粉末轉移到石英舟中，於管式爐中煅燒，製得二維片狀bi12tio20；

步驟(1)中，所述氧化鉍、p25、氯化鈉和氯化鉀的摩爾比為6：1：(30-50)：(30-50)。

步驟(2)中，所述煅燒溫度為600～800℃，煅燒時間為0.5～2h。

上述方法製備的材料作為光催化劑的應用，可對染料進行光催化降解。

本發明所製得的片狀鈦酸鉍為軟鉍礦結構鉍氧化合物，晶化完全，形貌規則，分散性好。

利用x射線衍射儀(xrd)、掃描電子顯微鏡(sem)、紫外-可見分光光度計(drs)對產物進行形貌結構及可見光吸收能力分析，以羅丹明b溶液為目標染料進行光催化降解實驗，通過測量吸光度，以評估其光催化活性。

與現有技術相比較，本發明具有以下優點：

(1)本方法通過直接煅燒法製備二維bi12tio20納米片，填補了技術空白，並且操作簡單，反應能耗低，條件易控制、工藝和流程簡便，適合大規模生產。

(2)用此方法製備的二維bi12tio20納米片，可見光吸收能力好，並且具備典型的二維片狀結構，形貌規則，這種結構能夠提高光生載流子傳輸效率，進而提高光催化效果。

附圖說明

圖1為本發明所製備二維bi12tio20納米片的xrd衍射譜圖，圖中衍射峰為軟鉍礦bi12tio20的特徵衍射峰。

圖2為本發明所製備的二維bi12tio20納米片的掃描電鏡照片。

圖3為本發明所製備的二維bi12tio20納米片的可見光吸收能力曲線。

圖4為本發明製備的二維bi12tio20納米片和傳統大塊bi12tio20粉體光催化降解羅丹明b溶液的時間-降解率關係圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例和說明書附圖對本發明作進一步說明。

實施例1：

分別取0.35g氧化鉍、0.01gp25、0.466g氯化鉀和0.365g氯化鈉於研缽中，他們的摩爾比分別為6：1：50：50，研磨均勻。將研磨後的粉末轉移到石英舟中，800℃下煅燒2h，製得二維bi12tio20納米片。

圖1為製得的材料的xrd衍射譜圖，圖中各個位置的峰都屬於bi12tio20，對比標準jcpds卡片(34-0097)，可以確定製備的為結晶性良好的軟鉍礦bi12tio20材料；圖2為掃描照片，從掃描圖中可以看到所製備的bi12tio20呈現明顯的二維片狀結構。圖3為固體紫外曲線，可以看到所得曲線在波長為大於400nm(可見光)時還有著明顯的吸收強度(縱坐標大於0既說明可以吸收此波長下的光)，吸收邊界大約位於460nm處，說明其有著一定的可見光吸收能力。

實施例2：

分別取0.35g氧化鉍、0.01gp25、0.280g氯化鉀和0.219g氯化鈉於研缽中，他們的摩爾比分別為6：1：30：30，研磨均勻。將研磨後的粉末轉移到石英舟中，600℃下煅燒0.5h，製得鈦酸鉍。

實施例3：

分別取0.35g氧化鉍、0.01gp25、0.466g氯化鉀和0.365g氯化鈉於研缽中，他們的摩爾比分別為6：1：50：50，研磨均勻。將研磨後的粉末轉移到石英舟中，700℃下煅燒1h，製得鈦酸鉍。

實施例4：

分別取0.35g氧化鉍、0.01gp25、0.373g氯化鉀和0.292g氯化鈉於研缽中，他們的摩爾比分別為6：1：40：40，研磨均勻。將研磨後的粉末轉移到石英舟中，800℃下煅燒0.5h，製得鈦酸鉍。

實施例5：

(1)配製濃度為10mg/l的羅丹明b溶液，將配好的溶液置於暗處。

(2)分別稱取0.1g傳統塊狀bi12tio20和二維bi12tio20納米片光催化劑，置於光反應器中，分別加入100ml步驟(1)所配好的羅丹明b溶液，磁力攪拌30min，鼓泡，暗反應1h,待催化劑分散均勻後，打開水源，光源，進行光催化降解實驗。

(3)每30min取樣一次，取樣量為5ml，用多管架自動平衡離心機離心3min,使催化劑完全沉澱，離心後用於紫外-可見吸光度的測量。

(4)由圖4可見所製備的二維bi12tio20納米片具有優異的光催化活性，反應30min，對染料的降解率已達到50％，光照120min降解率接近100％，其性能優於傳統塊狀bi12tio20。