一種納米球狀氧化鉍光催化劑的製備方法及應用的製作方法
2023-05-22 08:31:56
一種納米球狀氧化鉍光催化劑的製備方法及應用的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種納米球狀氧化鉍光催化劑的製備方法及應用，涉及新型催化劑領域。所述製備方法，包括：將含鉍化合物和葡萄糖酸鈉溶於中，調節pH至10～13，得到混合溶液；將混合溶液放入高壓反應釜中，密封，在120～180℃保持18～24小時，冷卻至室溫；將高壓反應釜內溶液離心，取沉澱，乾燥後焙燒，得到納米球狀氧化鉍光催化劑。本發明還提供上述方法製備的納米球狀氧化鉍光催化劑及其在催化有機汙染物降解方面的應用。本發明製備方法簡便，產率達百分之八十以上，成本低，環境友好。本發明納米球狀氧化鉍是納米級，顆粒尺寸均一，太陽能利用率較高，量子效率較高，因此具有較高的光催化活性，可以應用於催化有機汙染物的降解中。
【專利說明】一種納米球狀氧化鉍光催化劑的製備方法及應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及新型催化劑領域，具體涉及一種納米球狀氧化鉍光催化劑的製備方法
及應用。
【背景技術】
[0002]近年來，採用半導體納米粒子光催化法治理環境汙染日益受到重視。從理論上講，只要激發光的能量大於半導體禁帶寬度，就可以產生電子和空穴，該半導體就有可能用作光催化劑。由於涉及到材料成本、化學穩定性、抗光腐蝕能力等多種因素，高效、實用的材料尚需深入研究。常見的雙元素光催化劑多為金屬氧化物或硫化物，其中銳鈦礦相TiO2的研究較多、也較深入。但TiO2帶隙較寬(3.2eV )只能吸收波長小於387nm的紫外光，太陽能利用率較低，量子效率較低，催化活性較低。因此，需要進一步開發具有較高催化活性的光催化劑。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種納米球狀氧化鉍光催化劑的製備方法，該方法簡單，成本低，產率高，對環境友好。
[0004]本發明的另一目的是提供上述方法製備的納米球狀氧化鉍光催化劑，具有較好的光催化劑性能。
[0005]本發明的再一目的是提供納米球狀氧化鉍光催化劑在催化有機汙染物降解方面的應用。
[0006]本發明的目的採用如下技術方案實現。
[0007]一種納米球狀氧化鉍光催化劑的製備方法，包括如下步驟:將含鉍化合物和葡萄糖酸鈉溶於中，調節PH至10?13，得到混合溶液；將混合溶液放入高壓反應釜中，密封，在120?180°C保持18?24小時，冷卻至室溫；將高壓反應釜內溶液離心，取沉澱，乾燥後焙燒，得到所述納米球狀氧化鉍光催化劑。
[0008]所述含鉍化合物為五水合硝酸鉍。優選的技術方案中，五水合硝酸鉍與葡萄糖酸鈉的摩爾比為1:3?5。焙燒溫度優選為400?600°C，焙燒時間優選為I?5小時。乾燥溫度優選為50?70°C，乾燥時間優選為3?6小時。
[0009]本發明還提供上述方法製備的納米球狀氧化鉍光催化劑及其在催化有機汙染物降解方面的應用。
[0010]本發明利用葡萄糖酸鈉的還原作用將原料硝酸鉍還原為鉍單質，燒結即可得到納米球狀氧化鉍。本發明是用水熱法合成納米尺寸的氧化鉍，生成的產物具有更高的化學均勻性、粒度較細、顆粒尺寸分布較均一且具有一定形貌，是平均直徑為200nm左右的球狀。本發明方法簡便，產率達百分之八十以上，原料葡萄糖酸鈉是一種來源範圍廣，價格便宜的原材料，在使用過程中不會造成二次汙染，環境友好。本發明納米球狀氧化鉍是納米級，顆粒尺寸均一，太陽能利用率較高，量子效率較高，因此具有較高的光催化活性，可以應用於催化有機汙染物的降解中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是材料I的X射線電子衍射圖像(XRD)。
[0012]圖2是材料I放大6000倍的電子顯微鏡(SEM)形貌圖。
[0013]圖3是材料I作為光催化劑催化羅丹明B降解的曲線圖，A為材料1，B為普通商用氧化鉍，其中Ctl為羅丹明B的初始濃度，C為經過全光照射一段時間後測量的羅丹明B濃度值，t為羅丹明B濃度降到某個濃度所用時間。。
【具體實施方式】
[0014]本發明中室溫指10°C -30°C，高壓反應釜的填充度為60%_80%。
[0015]實施例1
在攪拌條件下，向35mL水中加入1.5mmol的五水合硝酸秘,再加入4.5mmol葡萄糖酸鈉，充分攪拌，用氫氧化鈉調節溶液的PH至10，得到混合溶液。將混合溶液放入高壓釜中，密封，在120°C條件下保持18小時進行水熱反應。反應結束後，將高壓反應釜冷卻至室溫，將高壓反應釜內溶液離心取沉澱，用蒸餾水洗滌，在50°C條件下烘乾6小時，在400°C焙燒5h，得到材料I。從材料I的X射線電子衍射圖像(圖1)可以看出，材料I為純相的氧化鉍。從材料I的電子顯微鏡形貌圖(圖2)可以看出，氧化鉍為平均直徑為200nm左右的納米球狀。
[0016]實施例2
在攪拌條件下，向35mL水中加入1.5mmol的五水合硝酸秘,再加入6mmol葡萄糖酸鈉，充分攪拌，用氫氧化鈉調節溶液的PH至11，得到混合溶液。將混合溶液放入高壓釜中，密封，在180°C條件下保持24小時，進行水熱反應。反應結束後，將高壓反應釜冷卻至室溫，將高壓反應釜內溶液離心取沉澱，用蒸餾水洗滌，在60°C條件下烘乾4小時，然後在500°C焙燒3h，得到材料2。從材料2的X射線電子衍射圖像可以看出，材料2為純相的氧化鉍。從材料2的電子顯微鏡形貌圖可以看出，氧化鉍為平均直徑為200nm左右的納米球狀。
[0017]實施例3
在攪拌條件下，向35mL水中加入1.5mmol的五水合硝酸秘,再加入7.5mmol葡萄糖酸鈉，充分攪拌，用氫氧化鈉調節溶液的PH至13，得到混合溶液。將混合溶液放入高壓釜中，密封，在150°C條件下保持22小時，進行水熱反應。反應結束後，將高壓反應釜冷卻至室溫，將高壓反應釜內溶液離心取沉澱，用蒸餾水洗滌，在70°C條件下烘乾3小時，然後在600°C焙燒lh，得到材料3。從材料3的X射線電子衍射圖像可以看出，材料3為純相的氧化鉍。從材料3的電子顯微鏡形貌圖可以看出，氧化鉍為平均直徑為200nm左右的納米球狀。
[0018]實施例4應用效果
光催化實驗中，溶液中羅丹明B的吸收光譜使用紫外-可見分光光度計測量。根據Lambert - Beer定律,根據有機物特徵吸收峰強度的變化,可以定量計算其濃度變化。當吸光物質相同、比色皿厚度相同時，可以用吸光度的變化直接表示溶液濃度的變化。因為羅丹明B在553nm處有一個特徵吸收峰，所以可以利用吸光度的變化來衡量溶液中羅丹明B的濃度變化。計算C/Q，繪製C/Q相對於時間的曲線，其中Ctl為羅丹明B的初始濃度，C為經過全光照射一段時間後測量的羅丹明B濃度值，t為羅丹明B濃度降到某個濃度所用時間。
[0019]具體實驗如下:稱取0.1g材料I (實施例1製備的納米球氧化鉍)或普通商用氧化鉍(國藥集團化學試劑有限公司，無特殊形貌)加入200mL、濃度為10mg/L的羅丹明B溶液中，首先避光攪拌30min，然後在全光光照下進行反應，每隔五分鐘取3mL反應液，離心分離後，取上層清液用分光光度計檢測，根據檢測結果我們制出活性圖(圖3)。從圖3可以看出，材料I的光催化活性顯著大於普通商用氧化鉍，光照反應100分鐘時，納米球氧化鉍可以催化降解80%以上的羅丹明B，而普通商用氧化鉍僅催化降解了 50%左右。
[0020]材料2和3的光催化性能與材料I相似。
【權利要求】
1.一種納米球狀氧化鉍光催化劑的製備方法，其特徵在於包括如下步驟:將含鉍化合物和葡萄糖酸鈉溶於中，調節PH至10?13，得到混合溶液；將混合溶液放入高壓反應釜中，密封，在120?180°C保持18?24小時，冷卻至室溫；將高壓反應釜內溶液離心，取沉澱，乾燥後焙燒，得到所述納米球狀氧化鉍光催化劑。
2.根據權利要求1所述納米球狀氧化鉍光催化劑的製備方法，其特徵在於所述含鉍化合物為五水合硝酸鉍。
3.根據權利要求2所述納米球狀氧化鉍光催化劑的製備方法，其特徵在於所述五水合硝酸鉍與葡萄糖酸鈉的摩爾比為1: (3?5)。
4.根據權利要求3所述納米球狀氧化鉍光催化劑的製備方法，其特徵在於所述焙燒溫度為400?600°C，焙燒時間為I?5小時。
5.根據權利要求4所述納米球狀氧化鉍光催化劑的製備方法，其特徵在於所述乾燥溫度為50?70°C，乾燥時間為3?6小時。
6.權利要求1-5之一所述方法製備的納米球狀氧化鉍光催化劑。
7.權利要求6所述納米球狀氧化鉍光催化劑在催化有機汙染物降解方面的應用。
【文檔編號】B82Y40/00GK103861580SQ201410075408
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月4日 優先權日:2014年3月4日
【發明者】滕飛, 孫鵬, 俸晨凱, 田 浩, 陳敏東 申請人:南京信息工程大學