CN101879455A - 一种光催化剂氯氧铋的制备及其应用 - Google Patents

一种光催化剂氯氧铋的制备及其应用 Download PDF

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Abstract

一种光催化剂氯氧铋的制备及其应用，属于环境化工光催化水处理技术领域。本发明以三氯化铋为原料，稀盐酸为水解剂，碳酸钠为pH调节剂，通过简单的水解、沉淀、固液分离以及干燥等步骤，于常温常压下可获得氯氧铋光催化剂。该制备方法常温常压，工艺简单安全可控，易于工业化，原料价廉易得，产品性能稳定。将该氯氧铋光催化剂用于氧化水中有机物的研究中，结果表明该氯氧铋光催化剂具有较好的光催化活性，在太阳光、模拟太阳光照射下与已商业化的P25光催化剂效果相当；在紫外光照射下，光催化效果略高于已商业化的P25光催化剂。

Description

一种光催化剂氯氧铋的制备及其应用
技术领域
本发明一种光催化剂氯氧铋的制备及其应用，属于环境化工光催化水处理技术领域。具体来说是公开一种新型光催化剂氯氧铋的制备方法及其应用于水中有机物的氧化处理的技术方案。
背景技术
氯氧铋是一种无机合成材料，多应用于颜料市场，是天然珠光颜料——珍珠粉的替代品，相比其他的无机合成珠光颜料，氯氧铋具有无毒及良好的色泽，生产工艺简单，生产成本较低，且与有机基体的相容性较好等优点(有色金属提取冶金手册，北京：冶金工业出版社，1992，423-428)。从相关的文献看(JP2005137526；CN1730568A；US20020222844；朱令之等，青岛化工学院学报，1992，13(4)：25-30)，研制的氯氧铋均分散粒子均用于医药、化妆品、精细陶瓷等方面。
最近发现有在光催化降解有机物领域的研究报道，清华大学的黄俊，余刚，常晓峰(中国专利CN101711988A，CN101455973A)提出了一种NaBiO3/BIOCl异质结光催化剂及其制备方法，在可见光照射下表现出优异的光催化活性；他们还制备了一种可用于去除水体中酚类内分泌干扰物的卤化氧铋BiOX(X＝Cl，Br或I)片状光催化剂，在同等反应条件下对酚类内分泌干扰物的去除效果优于已商业化的光催化剂P25。中国科学院上海硅酸盐研究所(Catalysis Communications，2008，9：8-12；Applied Catalysis B：Environmental，2006，68：125-129；AppliedCatalysis B：Environmental，2009，90：458-462)也报道了卤化氧铋BiOX具有的可见光光催化活性，且光催化效果优于已商业化的光催化剂P25。福州大学付贤智等人(CN101664687A)公开了一种染料敏化的卤化氧铋可见光光催化剂的制备与应用。
制备氯氧铋常用的方法主要有水热法和沉淀法，所用原料大多为五水硝酸铋，也有利用三氯化铋为原料，制备过程各有千秋，所得产品氯氧铋也各有特色。作为一类新型光催化剂的氯氧铋，首先必须具有较高的光催化活性，其次还必须能够提高光催化水处理效果，产品应具有较大比表面，粒度应小且均匀，不易团聚等性能。
发明内容
本发明一种光催化剂氯氧铋的制备及其应用的目的在于，针对氯氧铋制备过程周期长，工艺复杂耗能大，颗粒比表面积小等不足，公开一种氯氧铋光催化剂的制备方法并将其应用于水中有机物的处理中，该制备方法以三氯化铋为原料，稀盐酸为水解剂，碳酸钠为pH调节剂，通过简单的水解、沉淀、固液分离以及干燥等步骤，于常温常压下制备出了大比表面积、均匀微小颗粒的氯氧铋光催化剂，提高了光催化氧化处理水中有机物的能力。该方法反应条件温和常温常压，工艺简单安全可控，易于工业化，且原料价廉易得，产品性能稳定，制备过程无二次污染，同时克服了三氯化铋直接水解所得产品粒度分布不均匀，易于团聚的缺陷。将本发明制备的氯氧铋光催化剂用于氧化水中有机物的研究中，结果表明该氯氧铋光催化剂具有较好的光催化活性，在太阳光、模拟太阳光照射下与已商业化的P25光催化剂效果相当；在紫外光照射下，光催化效果略高于已商业化的P25光催化剂。
本发明一种光催化剂氯氧铋的制备方法，其特征在于是以三氯化铋为原料，稀盐酸为水解剂，碳酸钠为pH调节剂，通过水解、沉淀、固液分离以及干燥步骤，可获得粉末状的细小微粒氯氧铋光催化剂，其具体制备过程按如下步骤进行：
I、秤取1克分析纯BiCl3放置于0.1mol·L-1稀盐酸50mL中，使BiCl3充分溶解并保持溶液为透明状态；
II、I所制备的充分溶解并保持透明状态的溶液，在磁力搅拌下加入0.1mol·L-1尿素溶液3-10mL并缓慢滴加Na2CO3溶液，使pH值范围控制在5-14，优选7-11，搅拌反应时间1-1.2小时，制得悬浮溶液；
III、过滤步骤II所得悬浮溶液，并用蒸馏水洗涤所得固相产物，然后在40-90℃温度下烘干，即得氯氧铋光催化剂。
上述的一种光催化剂氯氧铋的应用方法，其特征在于该氯氧铋光催化剂应用于水中有机物的光催化氧化处理中，特别是水中微量有毒有害难降解有机物的处理中。
上述的一种光催化剂氯氧铋的应用方法，其特征在于光催化水处理过程所用光源为太阳光、模拟太阳光或者紫外光；
上述的一种光催化剂氯氧铋的应用方法，其特征在于模拟太阳光为氙灯，紫外光为波长365nm的紫外灯。
上述的一种光催化剂氯氧铋的应用方法，其特征在于光催化氧化水中微量有机物时，反应条件如下：常温常压，光催化剂用量0.5-3.0g·L-1，优选0.8-2.0g·L-1，从反应器底部鼓入空气。
本发明一种光催化剂氯氧铋的制备及其应用的优点为：
(1)反应条件温和，可在常温常压下实现反应；
(2)制备工艺简单、省时、成本低，过程无污染；
(3)所制备的光催化剂物理性能好，具有比表面积大、颗粒小以及分散性好等特点；
(4)应用于光催化氧化水中有机物的处理中，在太阳光、模拟太阳光和紫外光下均表现出较高的反应活性，对有机物的氧化效果在紫外光照射下好于已商业化的P25光催化剂，在太阳光、模拟太阳光照射下与已商业化的P25光催化剂效果相当。
附图说明
图1为本发明实施方式1制备的氯氧铋光催化剂的SEM图。
图2为本发明实施方式1制备的氯氧铋光催化剂的XRD图。
具体实施方式
下面将用实施方式具体给予说明，但本发明的内容不只局限于所列举的实施方式的范围。
实施方式1
1)秤取1克分析纯BiCl3放置于0.1mol·L-1稀盐酸50mL中，使BiCl3充分溶解并保持溶液为透明状态；
2)在磁力搅拌下加入0.1mol·L-1尿素溶液9mL并缓慢滴加Na2CO3溶液，使pH值控制在7，搅拌反应时间1小时；
3)过滤步骤2)所得悬浮溶液，并用蒸馏水洗涤所得固相产物，然后在50℃温度下烘干，即得氯氧铋光催化剂。
所得光催化剂用于氧化处理甲基橙水溶液。反应条件为：常温常压，10mg/L的甲基橙水溶液50mL，光催化剂用量0.8g/L，从反应器底部鼓入空气。每间隔一定时间取样分析，用紫外-可见分光光度法测量甲基橙的转化率，如表1所示。
表1
Figure BSA00000182521200041
将所制备的氯氧铋光催化剂与p25 TiO2光催化剂的活性进行比较，实验条件同上，紫外灯照射下甲基橙的转化率如表2所示，BiOCl对甲基橙的降解效果好于p25，而氙灯和太阳光照射下，二者的活性相当。
表2
实施方式2
1)秤取1克分析纯BiCl3放置于0.1mol·L-1稀盐酸50mL中，使BiCl3充分溶解并保持溶液为透明状态；
2)在磁力搅拌下加入0.1mol·L-1尿素溶液3mL并缓慢滴加Na2CO3溶液，使pH值控制在11，搅拌反应时间1.2小时；
3)过滤步骤2)所得悬浮溶液，并用蒸馏水洗涤所得固相产物，然后在50℃温度下烘干，即得氯氧铋光催化剂。
所得光催化剂用于氧化处理甲基橙水溶液。反应条件为：常温常压，10mg/L的甲基橙水溶液50mL，光催化剂用量1.5g/L，从反应器底部鼓入空气。每间隔一定时间取样分析，用紫外-可见分光光度法测量苯酚的转化率，如表3所示。
表3
Figure BSA00000182521200051
实施方式3
1)秤取1克分析纯BiCl3放置于0.1mol·L-1稀盐酸50mL中，使BiCl3充分溶解并保持溶液为透明状态；
2)在磁力搅拌下加入0.1mol·L-1尿素溶液5mL并缓慢滴加Na2CO3溶液，使pH值控制在9，搅拌反应时间1.1小时；
3)过滤步骤2)所得悬浮溶液，并用蒸馏水洗涤所得固相产物，然后在80℃温度下烘干，即得氯氧铋光催化剂。
所得光催化剂用于氧化处理甲基橙水溶液。反应条件为：常温常压，10mg/L的甲基橙水溶液50mL，光催化剂用量2.0g/L，从反应器底部鼓入空气。每间隔一定时间取样分析，用紫外-可见分光光度法测量腐殖酸的转化率，如表4所示。
表4

Claims (2)

1.一种光催化剂氯氧铋的制备方法，其特征在于是以三氯化铋为原料，稀盐酸为水解剂，碳酸钠为pH调节剂，通过水解、沉淀、固液分离以及干燥步骤，可获得粉末状的细小微粒氯氧铋光催化剂，其具体制备过程按如下步骤进行：
I、秤取1克分析纯BiCl3放置于0.1mol·L-1稀盐酸50mL中，使BiCl3充分溶解并保持溶液为透明状态；
II、I所制备的充分溶解并保持透明状态的溶液，在磁力搅拌下加入0.1mol·L-1尿素溶液3-10mL并缓慢滴加Na2CO3溶液，使pH值范围控制在5-14，优选7-11，搅拌反应时间1-1.2小时，制得悬浮溶液；
III、过滤步骤II所得悬浮溶液，并用蒸馏水洗涤所得固相产物，然后在40-90℃温度下烘干，即得氯氧铋光催化剂。
2.用权利要求1所述的制备方法所制备的一种光催化剂氯氧铋的应用，其特征在于该氯氧铋光催化剂应用于水中有机物的光催化氧化处理中，特别是水中微量有毒有害难降解有机物的处理中，其所说的水中有机物的光催化氧化处理过程所用光源为太阳光、模拟太阳光或者波长365nm紫外光，其光催化氧化水中微量有机物时，反应条件为：常温常压，光催化剂用量0.5-3.0g·L-1，优选0.8-2.0g·L-1，从反应器底部鼓入空气。
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