一種光催化劑，其制備方法及用途
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種光催化劑，其制備方法及用途，包括如下步驟：將鉍源溶于pH為5.0的稀硝酸溶液中，形成澄清溶液A；將CTAB、PVP及球形的Ni單質(zhì)超聲分散于10mL的乙醇中，形成混合體系B；將A、B混合后室溫下靜置，得白色沉淀；洗滌；干燥至恒重。所得納米材料可以將工廠排放的有毒、難降解的有機(jī)污染物降解成無(wú)毒二氧化碳和水，這種催化劑可以被反復(fù)的使用，它的光催化性能不會(huì)隨著使用的次數(shù)增加而活性降低，光催化過(guò)程所需要的唯一能源就是可見(jiàn)光，綜上所述這種催化劑具有很高的經(jīng)濟(jì)效益，因此在環(huán)境治理與防護(hù)領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用前景，故而有較高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種光催化劑，其制備方法及用途
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高效光催化劑的合成及應(yīng)用，具體涉及一種光催化劑，其制備方法及用途。
【背景技術(shù)】
[0002]在過(guò)去的幾十年里，利用光催化技術(shù)來(lái)降解工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的各種廢物已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。TiO2是最具有代表性的催化劑，但TiO2的帶隙為3.2eV，是一種寬帶隙半導(dǎo)體，只能在紫外光下才能發(fā)揮作用，因此不論從完善光催化降解理論的角度還是從實(shí)際應(yīng)用的方面來(lái)說(shuō)都有必要尋找新型的光催化劑。近來(lái)，鹵化氧鉍BiOX(X=Cl, Br, I)系列半導(dǎo)體材料因其在顏料、光學(xué)、電化學(xué)尤其是催化性能方面的優(yōu)異表現(xiàn)而引起了人們廣泛關(guān)注，BiOBr微、納米材料在可見(jiàn)光區(qū)域內(nèi)也是一種優(yōu)良的光催化齊U，能夠有效地降解有機(jī)物。目前已發(fā)現(xiàn)有多種方法可以用來(lái)制備BiOBr微納米材料，主要包括:微波法、離子液體法、反相微乳液法、溶劑熱及水熱法等，例如:Xia課題組通過(guò)使用具有反應(yīng)性的離子液體制備出了具有高催化活性的球狀BiOBr多孔及空心微納結(jié)構(gòu)(Dalton Trans.，2011，40，5249-5258) ;Zhang課題組通過(guò)使用微波輔助的溶劑熱法得到了 BiOBr 微球(J.Colloid Interface Sc1., 2011, 354, 630 - 636) ;Qian 課題組通過(guò)選擇性水熱合成獲得了花狀BiOBr微結(jié)構(gòu)(J.Solid State Chem.，2011，184，1459 -1464) ;Jiang課題組通過(guò)水熱法制備了片狀BiOBr微結(jié)構(gòu)(J.Photochem.Photobiol.A:Chemistry, 2010, 212，8 - 13)。這些制備出來(lái)的BiOBr材料都表現(xiàn)出較好的光催化降解有機(jī)染料的性能。但上述制備BiOBr的過(guò)程中通常會(huì)使用到有機(jī)或者無(wú)機(jī)酸、有機(jī)溶劑及一些特殊的設(shè)備，而這些原料及實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用既會(huì)增加制備成本又會(huì)對(duì)環(huán)境造成不利影響，因此，探索簡(jiǎn)單、溫和的制備路線(xiàn)仍顯得非常必要。
[0003]為了提高BiOBr的光催化性能，cheng課題通過(guò)原位離子交換法在BiOBr上負(fù)載了 AgBr (Chem.Commun.，2011, 47，7054 - 7056)，由于銀的鹵化物在光照下會(huì)部分分解為銀納米顆粒；銀納米顆粒的表面等離子共振(SPR)導(dǎo)致其強(qiáng)烈地吸收可見(jiàn)光，因此產(chǎn)生的Ag/AgX材料在可見(jiàn)光的照射下?lián)碛泻芎玫墓獯呋到庑阅芗胺€(wěn)定性?？昭?電子對(duì)的復(fù)合是限制催化劑活性的主要因素，F(xiàn)u課題組將BiOBr沉積在C3N4上形成BiOBr - C3N4異質(zhì)結(jié)(J.Mater.Chem.，2012, 22，21159)，可以有效地分開(kāi)空穴/電子對(duì)Jiang課題組通過(guò)將Fe摻雜在BiOBr中形成空心花狀的BiOBr (J.Mater.Chem.A, 2013, I, 2406)，空心花狀的BiOBr具有較大的比表面積可以吸附大量的有機(jī)物，并發(fā)現(xiàn)Fe對(duì)光催化活性有很大影響；由于ZnFe2O4可以吸收波長(zhǎng)為653nm的光，Kong課題組將ZnFe2O4摻雜在上形成BiOBr - ZnFe2O4異質(zhì)結(jié)(Chem.Commun.，2011，47，5512 - 5514)，研究顯示，BiOBr的光催化性能得到了顯著的提升。
[0004]本發(fā)明設(shè)計(jì)了一條簡(jiǎn)單的合成BiOBr微納結(jié)構(gòu)的方法上，在常溫常壓下利用金屬Ni微球作為犧牲模板，成功地合成出具有花狀結(jié)構(gòu)的溴化氧鉍，光催化實(shí)驗(yàn)顯示，這種特殊形貌的BiOBr具有優(yōu)異的可見(jiàn)光降解有機(jī)小分子的性能。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種光催化劑，其制備方法及用途，本發(fā)明所要解決的第I個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種簡(jiǎn)單的BiOBr材料的制備方法，本發(fā)明所要解決的第2個(gè)技術(shù)問(wèn)題是對(duì)合成的BiOBr的光催化性能進(jìn)行探究。
[0006]具體技術(shù)方案如下:
[0007]一種光催化劑的制備方法，包括如下步驟:
[0008](I)將鉍源溶于pH為5.0的稀硝酸溶液中，形成澄清溶液A ；
[0009](2)將CTAB、PVP及球形的Ni單質(zhì)超聲分散于IOmL的乙醇中，形成混合體系B ；
[0010](3)將A、B混合后室溫下靜置，得白色沉淀；
[0011](4)洗滌；
[0012](5)干燥至恒重。
[0013]進(jìn)一步地，鉍源選擇五水合硝酸鉍。
[0014]進(jìn)一步地,步驟(3)中靜置3h。
[0015]進(jìn)一步地，步驟(4)中用去離子水洗滌數(shù)次。
[0016]進(jìn)一步地，步驟(5)中于60°C下真空干燥至恒重。
[0017]進(jìn)一步地，五水合硝酸鉍和CTAB摩爾比為1:1，和/或，PVP的質(zhì)量與CTAB的質(zhì)量比值為1:1.2，和/或，乙醇與稀硝酸的體積比1:1。
[0018]進(jìn)一步地，五水合硝酸鉍和Ni的物質(zhì)的量比值為6:1。
[0019]上述方法制備的產(chǎn)品，其為具有花狀結(jié)構(gòu)的多孔溴化氧鉍微納米材料。
[0020]上述納米材料的用途，利用其光催化性能，在可見(jiàn)光光照下降解工業(yè)廢水中有毒的有機(jī)物質(zhì)。
[0021]進(jìn)一步地，在可見(jiàn)光下降解羅丹明B。
[0022]與目前現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明首次采用簡(jiǎn)單溫和的方法合成出具有高效光催化性的BiOBr，本發(fā)明是在常溫常壓下進(jìn)行合成的，原料簡(jiǎn)單，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備要求不高，因此具有很大的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，可以應(yīng)用于大量的工業(yè)生產(chǎn)，而且本發(fā)明具有高效的光催化性能，與相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道的BiOBr相比，本發(fā)明合成的花狀結(jié)構(gòu)的溴化氧鉍微納米材料具有很大的比表面積，并展現(xiàn)出優(yōu)異的光催化性能，在可見(jiàn)光光照下能夠快速、高效地降解工業(yè)廢水中有毒的有機(jī)物，如50mL10mg/L的羅丹明B溶液中加入0.0lg的花狀溴化氧秘后,在可見(jiàn)光照射下40min就可完全降解，而相關(guān)文獻(xiàn)中合成的BiOBr (非摻雜)一般至少需要80min左右。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為所得的一種新型高效的光催化劑X-射線(xiàn)粉末衍射圖。
[0024]圖2為所得一種新型高效的光催化劑的掃描電子顯微鏡(SEM)照片(高倍)。
[0025]圖3為所得的一種新型高效的光催化劑的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。
[0026]圖4為所得的一種新型高效的光催化劑的N2吸附和解吸附等溫線(xiàn)圖。
[0027]圖5為所得的一種新型高效的光催化劑的紫外漫反射圖。
[0028]圖6為所得的一種新型高效的光催化劑的紫外吸收?qǐng)D。
[0029]圖7為所得的一種新型高效的光催化劑降解50mll0mg/LRhB的實(shí)驗(yàn)。[0030]圖8為所得的一種新型高效的光催化劑在不同pH條件下降解50mll0mg/LRhB的
對(duì)比實(shí)驗(yàn)。
[0031]圖9為所得的一種新型高效的光催化劑的單晶衍射圖。
[0032]圖10為所得的一種新型高效的光催化劑的透射圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，其為本發(fā)明多種實(shí)施方式中的一種優(yōu)選實(shí)施例。
[0034]本發(fā)明采用五水合硝酸鉍為鉍源，將其溶于pH為5.0的IOmL稀硝酸溶液中，形成澄清溶液A ;同時(shí)，另將CTAB、PVP及球形的Ni單質(zhì)超聲分散于IOmL的乙醇中，形成混合體系B。將A、B混合后室溫下靜置3h，所得白色沉淀用去離子水洗滌數(shù)次，于60°C下真空干燥至恒重，即可。
[0035]本發(fā)明所制的具有花狀結(jié)構(gòu)的多孔溴化氧鉍微納米材料，展現(xiàn)出優(yōu)異的光催化性能，在可見(jiàn)光光照下能夠高效降解工業(yè)廢水中有毒的有機(jī)物質(zhì)，0.0lg合成的溴化氧鉍在可見(jiàn)光下降解50mll0mg/L的羅丹明B只需要40分鐘。
[0036]本發(fā)明采用五水合硝酸鉍為鉍源，將其溶于pH為5.0的IOmL稀硝酸溶液中，形成澄清溶液A ;同時(shí)，另將CTAB、PVP及球形的Ni單質(zhì)超聲分散于IOmL的乙醇中，形成混合體系B。將A、B混合后室溫下靜置3h，所得白色沉淀用去離子水洗滌數(shù)次，于60°C下真空干燥至恒重，即可。
[0037]五水合硝酸鉍和CTAB摩爾比為1:1 ;
[0038]PVP的質(zhì)量與CTAB的質(zhì)量比值為1:1.2;
[0039]乙醇與稀硝酸的體積比1:1 ;
[0040]Ni 的質(zhì)量 0.02g ；
[0041]本發(fā)明所制的具有花狀結(jié)構(gòu)的多孔溴化氧鉍微納米材料，展現(xiàn)出優(yōu)異的光催化性能，在可見(jiàn)光光照下能夠高效降解工業(yè)廢水中有毒的有機(jī)物，0.0lg合成的溴化氧鉍在可見(jiàn)光下完全降解50ml的羅丹明B (10mg/L)只需要40分鐘。
[0042]所得納米材料可以將工廠排放的有毒、難降解的有機(jī)污染物降解成無(wú)毒二氧化碳和水，這種催化劑可以被反復(fù)的使用，它的光催化性能不會(huì)隨著使用的次數(shù)增加而活性降低，光催化過(guò)程所需要的唯一能源就是可見(jiàn)光，綜上所述這種催化劑具有很高的經(jīng)濟(jì)效益，因此在環(huán)境治理與防護(hù)領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用前景，故而有較高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
[0043]上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)直接應(yīng)用于其它場(chǎng)合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種光催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)將鉍源溶于pH為5.0的稀硝酸溶液中，形成澄清溶液A ； (2)將CTAB、PVP及球形的Ni單質(zhì)超聲分散于IOmL的乙醇中，形成混合體系B； (3 )將A、B混合后室溫下靜置，得白色沉淀； (4)洗滌； (5)干燥至恒重。
2.如權(quán)利要求1所述的光催化劑的制備方法，其特征在于，鉍源選擇五水合硝酸鉍。
3.如權(quán)利要求1或2所述的光催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(3)中靜置3h。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的光催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(4)中用去離子水洗滌數(shù)次。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的光催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(5)中于60°C下真空干燥至恒重。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的光催化劑的制備方法,其特征在于,五水合硝酸秘和CTAB摩爾比為1:1，和/或，PVP的質(zhì)量與CTAB的質(zhì)量比值為1: 1.2，和/或，乙醇與稀硝酸的體積比1:1。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的光催化劑的制備方法,其特征在于,五水合硝酸秘和Ni的物質(zhì)的量比值為6:1。
8.—種如權(quán)利要求1-7所述方法制備的產(chǎn)品，其特征在于，其為具有花狀結(jié)構(gòu)的多孔溴化氧鉍微納米材料。
9.如權(quán)利要求8所述納米材料的用途，其特征在于，利用其光催化性能，在可見(jiàn)光光照下降解工業(yè)廢水中有毒的有機(jī)物質(zhì)。
10.如權(quán)利要求9所述納米材料的用途，其特征在于，在可見(jiàn)光下降解羅丹明B。
【文檔編號(hào)】B01J27/08GK103736506SQ201310743044
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】倪永紅, 徐惠 申請(qǐng)人:安徽師范大學(xué)