CN102553620A - 可见光光催化剂Bi12O17Cl2及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了可见光光催化剂Bi₁₂O₁₇Cl₂及其制备方法。制备方法是：将五水硝酸铋和氯化钾溶解在水中配成混合溶液，其中五水硝酸铋和氯化钾摩尔比为1∶1，调节混合溶液的pH值为12.5～13，然后溶液经过160-180℃水热处理后对得到固体产物进行洗涤和干燥，最终得到了Bi₁₂O₁₇Cl₂产品，其产品Bi₁₂O₁₇Cl₂是长度为几百纳米，宽度为几百纳米的纳米片。它在可见光照射下，45分钟内可实现目标污染物五氯苯酚大于99.5％接近100％降解。该方法合成路线简单，整个工艺过程容易控制，原料易得，成本低，产率高达90％，适合于工业上大批量生产。

Description

可见光光催化剂Bi12O17Cl2及其制备方法

技术领域

本发明涉及Bi₁₂O₁₇Cl₂可见光催化剂及其制备方法，特别涉及Bi₁₂O₁₇Cl₂可见光催化剂的水热法制备，制备的Bi₁₂O₁₇Cl₂具有很高的可见光催化活性，在可见光照射下，45分钟内可实现目标污染物五氯苯酚接近100％降解。

背景技术

自从上世纪七十年代以来，光催化降解环境中的有毒有机污染物问题吸引了环境学家们的广泛关注。众所周知，二氧化钛由于其具有的无毒、稳定、价廉、光催化活性高等优点，因而被广泛应用于光催化降解环境中的有毒有机污染物。然而，二氧化钛的禁带宽度(锐钛矿为3.2eV，金红石为3.0eV)比较宽，只能被太阳光中的紫外光所激发，从而限制了二氧化钛光催化剂的有效应用。因此，材料学家们掀起了一股研究如何更有效利用占太阳光谱总量43％的可见光来光催化降解有毒有机污染物的热潮。现今，文献报道主要有两种途径来获得可见光活性的光催化剂：一种是对二氧化钛进行掺杂，由此产生的协同效应可以大大提高二氧化钛的可见光催化活性，但是掺杂过程需要在高温下煅烧或是需要很多反应步骤，而且往往需要昂贵的离子移植设备，这大大限制了它的工业应用潜力；另一种是设计全新的没有掺杂的单相的氧化物光催化剂使它能够在可见光下被激发。

近年来，BiOX(X＝Cl，Br，I)材料因其具备优良的电子、光学、磁和发冷光的性质吸引了材料学家的极大兴趣。然而BiOCl的禁带宽度(3.0eV)较宽，不足以被可见光激发来光催化降解环境中的有毒有机污染物。有文献报道[Hong，Deng；Yadong Li，Chem.Eur.J.2005，11，6519-6524]，通过简单的调节五水硝酸铋和十六烷基氯化铵混合液的pH值，然后在160-180℃温度下水热12至24个小时可以得到不同计量比的BiOCl和Bi₂₄O₃₁Cl₁₀。随着溶液pH值的逐渐增大，产品的颜色从白色逐渐变成了黄色，而且产品的紫外漫反射光谱表明它的最大吸收边缘逐渐在向可见光区域移动，这些都说明它对可见光的吸收在逐渐增强。在本发明中，发明人采用了无机盐氯化钾替代十六烷基氯化铵(CTAC)作为氯源，通过氢氧化钠调节反应溶液的pH值至12.5～13，然后在160℃的温度下水热24小时合成出一种全新计量比的高效Bi₁₂O₁₇Cl₂可见光催化剂，该反应在反应釜中进行，不需要任何热处理后续步骤。并且反应所得到的Bi₁₂O₁₇Cl₂光催化剂都具有很好的可见光催化活性，在可见光照射下，45分钟内可实现对目标污染物五氯苯酚(PCP)接近100％的降解。整个合成过程都在反应釜中进行，工艺过程非常容易操作，原料易得，成本低，产率高达90％，工业放大因素小，为大规模生产可见光催化剂提供了一条行之有效的途径。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种没有掺杂的、单相的高效可见光催化剂Bi₁₂O₁₇Cl₂及其制备方法。

本发明为实现上述目的，采用技术方案如下：

一种氯氧铋可见光催化剂，其特征在于，它为Bi₁₂O₁₇Cl_2，是长度为几百纳米，宽度为几百纳米的纳米片，它在可见光照射下，45分钟内实现目标污染物五氯苯酚大于99.5％接近100％降解。

本发明的Bi₁₂O₁₇Cl₂可见光催化剂的制备方法，其特征在于，采用水热法，制备步骤依次为：

步骤1：在反应釜中加入五水硝酸铋和氯化钾溶解在水中得混合溶液，其中五水硝酸铋的量为0.05～0.1摩尔/升，氯化钾的量为0.05～0.1摩尔/升，五水硝酸铋和氯化钾摩尔比为1∶1；

步骤2：在步骤1的混合溶液室温搅拌10分钟，然后用浓度1摩尔/升的氢氧化钠水溶液调节混合溶液的pH值为12.5～13，搅拌10分钟，然后将混合溶液进行水热处理，处理温度为160～180℃，恒温12～24小时；

步骤3：步骤2结束后，过滤，并将过滤得到的固体产物用蒸馏水和乙醇分别淋洗3次以上，然后将产物在50℃下干燥8小时，即得到黄色的Bi₁₂O₁₇Cl₂固体粉末，其Bi₁₂O₁₇Cl₂是长度为几百纳米，宽度为几百纳米的纳米片。

本发明的优点在于：

1、水热法合成了Bi₁₂O₁₇Cl₂可见光催化剂。

2、合成的Bi₁₂O₁₇Cl₂可见光催化剂，它具有很好的可见光催化活性，在可见光照射下，45分钟内可实现目标污染物五氯苯酚接近100％降解。

3、整个合成过程都在反应釜中进行，工艺过程非常容易操作，工业放大因素小，原料易得，成本低，产率较高，非常符合实际生产的需要。

附图说明

图1为所制备Bi₁₂O₁₇Cl₂的XRD图谱

图中图谱对应于Bi₁₂O₁₇Cl₂(JCPDS No.37-702)。

图2为所制备Bi₁₂O₁₇Cl₂的TEM图

从图中可以看出该Bi₁₂O₁₇Cl₂是由长度为几百纳米，宽度为几百纳米的纳米片组成的。

图3为所制备Bi₁₂O₁₇Cl₂的紫外漫反射光谱

从图中可以看出，所制备的Bi₁₂O₁₇Cl₂从紫外光区到可见光区都有很强的吸收，最大吸收边缘在515nm。

图4为可见光照射下所制备Bi₁₂O₁₇Cl₂对于PCP的降解曲线。

可以看出，本发明所制备的Bi₁₂O₁₇Cl₂，相较于德固赛公司生产的二氧化钛(P25)，我们所制备的Bi₁₂O₁₇Cl₂具有更好的可见光降解活性，在可见光照光下，45分钟内可实现对污染物接近100％的降解。

具体实施方式

本发明通过下述实施例进一步说明。

实施例1

Bi₁₂O₁₇Cl₂可见光催化剂制备，制备步骤依次为：

步骤1：在25毫升的反应釜中加入五水硝酸铋和氯化钾，加入15毫升蒸馏水，配成混合溶液，其中五水硝酸铋的量为0.05～0.1摩尔/升，氯化钾的量为0.05～0.1摩尔/升，五水硝酸铋和氯化钾的摩尔比等于1；

步骤2：步骤1的混合溶液室温搅拌10分钟，然后用1摩尔/升的氢氧化钠溶液调节溶液的pH值为12.5～13，搅拌10分钟，再将混合溶液进行水热处理，处理温度为160～180℃，恒温12～24小时；

步骤3：步骤2结束后，过滤，并将过滤得到的固体产物用蒸馏水和乙醇分别淋洗3次，然后将产物在50℃下干燥8小时，即得到黄色的Bi₁₂O₁₇C1₂固体粉末。

实施例2

Bi₁₂O₁₇Cl₂可见光催化剂制备，制备步骤依次为：

步骤1：在25毫升的反应釜中加入五水硝酸铋和氯化钾，加入15毫升蒸馏水，配成混合溶液，其中五水硝酸铋的量为0.05摩尔/升，氯化钾的量为0.05摩尔/升，五水硝酸铋和氯化钾的摩尔比等于1；

步骤2：在步骤1的混合溶液室温搅拌10分钟，然后用1摩尔/升的氢氧化钠调节溶液的pH值为12.6，搅拌10分钟，然后将混合溶液进行水热处理，处理温度为160℃，恒温12小时；

步骤3：步骤2结束后，过滤，并将过滤得到的固体产物用蒸馏水和乙醇多次淋洗，产物在50℃下干燥8小时，即得到黄色的Bi₁₂O₁₇Cl₂。

实施例3

高效Bi₁₂O₁₇Cl₂可见光催化剂制备，制备步骤为：

步骤1：在25毫升的反应釜中加入五水硝酸铋和氯化钾，加入15毫升蒸馏水，配成混合溶液，其中五水硝酸铋的量为0.1摩尔/升，氯化钾的量为0.1摩尔/升，五水硝酸铋和氯化钾的摩尔比等于1；

步骤2：在步骤1的混合溶液室温搅拌10分钟，然后用1摩尔/升的氢氧化钠调节溶液的pH值为12.7，搅拌10分钟，然后将混合溶液进行水热处理，处理温度为160℃，恒温24小时；

步骤3：步骤2结束后，过滤，并将过滤得到的固体产物用蒸馏水和乙醇分别淋洗3次，产物在50℃下干燥8小时，即得到黄色的Bi₁₂O₁₇Cl₂。

实施例4

Bi₁₂O₁₇Cl₂可见光催化剂制备，制备步骤依次为：

步骤1：在25毫升的反应釜中加入五水硝酸铋和氯化钾，加入15毫升蒸馏水，配成混合溶液，其中五水硝酸铋的量为0.075摩尔/升，氯化钾的量为0.075摩尔/升，五水硝酸铋和氯化钾的摩尔比等于1；

步骤2：在步骤1的混合溶液室温搅拌10分钟，然后用1摩尔/升的氢氧化钠调节溶液的pH值为13，搅拌10分钟，然后将混合溶液进行水热处理，处理温度为180℃，恒温18小时；

步骤3：步骤2结束后，过滤，并将过滤得到的固体产物用蒸馏水和乙醇分别淋洗3次，产物在50℃下干燥8小时，即得到黄色的Bi₁₂O₁₇Cl₂。

实施例1-4合成的Bi₁₂O₁₇Cl₂的XRD图谱如图1，图中图谱对应于Bi₁₂O₁₇Cl₂(JCPDSNo.37-702)。制备的Bi₁₂O₁₇Cl₂的TEM图如图2，从图中可以看出该Bi₁₂O₁₇Cl₂是由长度为几百纳米，宽度为几百纳米的纳米片组成的。所制备Bi₁₂O₁₇Cl₂的紫外漫反射光谱如图3，从图中可以看出，所制备的Bi₁₂O₁₇Cl₂从紫外光区到可见光区都有很强的吸收，最大吸收边缘在515nm。可见光照射下所制备Bi₁₂O₁₇Cl₂对于PCP的降解曲线见图4。可以看出，本发明所制备的Bi₁₂O₁₇Cl₂，相较于德固赛公司生产的二氧化钛(P25)，我们所制备的Bi₁₂O₁₇Cl₂具有更好的可见光降解活性，在可见光照光下，45分钟内可实现对污染物接近100％的降解。

Claims (2)

1.一种氯氧铋可见光催化剂，其特征在于，它为Bi₁₂O₁₇Cl_2，是长度为几百纳米，宽度为几百纳米的纳米片，它在可见光照射下，45分钟内实现目标污染物五氯苯酚大于99.5％接近100％降解。

2.Bi₁₂O₁₇Cl₂可见光催化剂的制备方法，其特征在于，采用水热法，制备步骤依次为：

步骤1：在反应釜中加入五水硝酸铋和氯化钾溶解在水中得混合溶液，其中五水硝酸铋的量为0.05～0.1摩尔/升，氯化钾的量为0.05～0.1摩尔/升，五水硝酸铋和氯化钾摩尔比为1∶1；

步骤2：在步骤1的混合溶液室温搅拌10分钟，然后用浓度1摩尔/升的氢氧化钠水溶液调节混合溶液的pH值为12.5～13，搅拌10分钟，然后将混合溶液进行水热处理，处理温度为160～180℃，恒温12～24小时；

步骤3：步骤2结束后，过滤，并将过滤得到的固体产物用蒸馏水和乙醇分别淋洗3次以上，然后将产物在50℃下干燥8小时，即得到黄色的Bi₁₂O₁₇Cl₂固体粉末，其Bi₁₂O₁₇Cl₂是长度为几百纳米，宽度为几百纳米的纳米片。

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