CN103736506A - 一种光催化剂，其制备方法及用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光催化剂，其制备方法及用途，包括如下步骤：将铋源溶于pH为5.0的稀硝酸溶液中，形成澄清溶液A；将CTAB、PVP及球形的Ni单质超声分散于10mL的乙醇中，形成混合体系B；将A、B混合后室温下静置，得白色沉淀；洗涤；干燥至恒重。所得纳米材料可以将工厂排放的有毒、难降解的有机污染物降解成无毒二氧化碳和水，这种催化剂可以被反复的使用，它的光催化性能不会随着使用的次数增加而活性降低，光催化过程所需要的唯一能源就是可见光，综上所述这种催化剂具有很高的经济效益，因此在环境治理与防护领域有潜在的应用前景，故而有较高的经济和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及高效光催化剂的合成及应用，具体涉及一种光催化剂，其制备方法及用途。
背景技术
在过去的几十年里，利用光催化技术来降解工业生产中产生的各种废物已成为当前的研究热点之一。TiO2是最具有代表性的催化剂，但TiO2的带隙为3.2eV，是一种宽带隙半导体，只能在紫外光下才能发挥作用，因此不论从完善光催化降解理论的角度还是从实际应用的方面来说都有必要寻找新型的光催化剂。近来，卤化氧铋BiOX(X=Cl,Br,I)系列半导体材料因其在颜料、光学、电化学尤其是催化性能方面的优异表现而引起了人们广泛关注，BiOBr微、纳米材料在可见光区域内也是一种优良的光催化剂，能够有效地降解有机物。目前已发现有多种方法可以用来制备BiOBr微纳米材料，主要包括：微波法、离子液体法、反相微乳液法、溶剂热及水热法等，例如：Xia课题组通过使用具有反应性的离子液体制备出了具有高催化活性的球状BiOBr多孔及空心微纳结构(Dalton Trans.,2011,40,5249-5258)；Zhang课题组通过使用微波辅助的溶剂热法得到了BiOBr微球(J.Colloid Interface Sci.,2011,354,630–636)；Qian课题组通过选择性水热合成获得了花状BiOBr微结构(J.Solid State Chem.,2011,184,1459–1464)；Jiang课题组通过水热法制备了片状BiOBr微结构(J.Photochem.Photobiol.A:Chemistry,2010,212,8–13)。这些制备出来的BiOBr材料都表现出较好的光催化降解有机染料的性能。但上述制备BiOBr的过程中通常会使用到有机或者无机酸、有机溶剂及一些特殊的设备，而这些原料及实验设备的使用既会增加制备成本又会对环境造成不利影响，因此，探索简单、温和的制备路线仍显得非常必要。
为了提高BiOBr的光催化性能，cheng课题通过原位离子交换法在BiOBr上负载了AgBr(Chem.Commun.,2011,47,7054–7056)，由于银的卤化物在光照下会部分分解为银纳米颗粒；银纳米颗粒的表面等离子共振(SPR)导致其强烈地吸收可见光，因此产生的Ag/AgX材料在可见光的照射下拥有很好的光催化降解性能及稳定性。空穴/电子对的复合是限制催化剂活性的主要因素，Fu课题组将BiOBr沉积在C3N4上形成BiOBr–C3N4异质结(J.Mater.Chem.,2012,22,21159)，可以有效地分开空穴/电子对；Jiang课题组通过将Fe掺杂在BiOBr中形成空心花状的BiOBr(J.Mater.Chem.A,2013,1,2406)，空心花状的BiOBr具有较大的比表面积可以吸附大量的有机物，并发现Fe对光催化活性有很大影响；由于ZnFe2O4可以吸收波长为653nm的光，Kong课题组将ZnFe2O4掺杂在上形成BiOBr–ZnFe2O4异质结(Chem.Commun.,2011,47,5512–5514)，研究显示，BiOBr的光催化性能得到了显著的提升。
本发明设计了一条简单的合成BiOBr微纳结构的方法上，在常温常压下利用金属Ni微球作为牺牲模板，成功地合成出具有花状结构的溴化氧铋，光催化实验显示，这种特殊形貌的BiOBr具有优异的可见光降解有机小分子的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光催化剂，其制备方法及用途，本发明所要解决的第1个技术问题是提供一种简单的BiOBr材料的制备方法，本发明所要解决的第2个技术问题是对合成的BiOBr的光催化性能进行探究。
具体技术方案如下：
一种光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）将铋源溶于pH为5.0的稀硝酸溶液中，形成澄清溶液A；
（2）将CTAB、PVP及球形的Ni单质超声分散于10mL的乙醇中，形成混合体系B；
（3）将A、B混合后室温下静置，得白色沉淀；
（4）洗涤；
（5）干燥至恒重。
进一步地，铋源选择五水合硝酸铋。
进一步地，步骤（3）中静置3h。
进一步地，步骤（4）中用去离子水洗涤数次。
进一步地，步骤（5）中于60℃下真空干燥至恒重。
进一步地，五水合硝酸铋和CTAB摩尔比为1：1，和/或，PVP的质量与CTAB的质量比值为1:1.2，和/或，乙醇与稀硝酸的体积比1:1。
进一步地，五水合硝酸铋和Ni的物质的量比值为6：1。
上述方法制备的产品，其为具有花状结构的多孔溴化氧铋微纳米材料。
上述纳米材料的用途，利用其光催化性能，在可见光光照下降解工业废水中有毒的有机物质。
进一步地，在可见光下降解罗丹明B。
与目前现有技术相比，本发明首次采用简单温和的方法合成出具有高效光催化性的BiOBr，本发明是在常温常压下进行合成的，原料简单，对生产设备要求不高，因此具有很大的经济效应，可以应用于大量的工业生产，而且本发明具有高效的光催化性能，与相关文献报道的BiOBr相比，本发明合成的花状结构的溴化氧铋微纳米材料具有很大的比表面积，并展现出优异的光催化性能，在可见光光照下能够快速、高效地降解工业废水中有毒的有机物，如50mL10mg/L的罗丹明B溶液中加入0.01g的花状溴化氧铋后，在可见光照射下40min就可完全降解，而相关文献中合成的BiOBr（非掺杂）一般至少需要80min左右。
附图说明
图1为所得的一种新型高效的光催化剂X-射线粉末衍射图。
图2为所得一种新型高效的光催化剂的扫描电子显微镜(SEM)照片（高倍）。
图3为所得的一种新型高效的光催化剂的扫描电子显微镜(SEM)照片。
图4为所得的一种新型高效的光催化剂的N2吸附和解吸附等温线图。
图5为所得的一种新型高效的光催化剂的紫外漫反射图。
图6为所得的一种新型高效的光催化剂的紫外吸收图。
图7为所得的一种新型高效的光催化剂降解50ml10mg/LRhB的实验。
图8为所得的一种新型高效的光催化剂在不同pH条件下降解50ml10mg/LRhB的对比实验。
图9为所得的一种新型高效的光催化剂的单晶衍射图。
图10为所得的一种新型高效的光催化剂的透射图。
具体实施方式
下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。
本发明采用五水合硝酸铋为铋源，将其溶于pH为5.0的10mL稀硝酸溶液中，形成澄清溶液A；同时，另将CTAB、PVP及球形的Ni单质超声分散于10mL的乙醇中，形成混合体系B。将A、B混合后室温下静置3h，所得白色沉淀用去离子水洗涤数次，于60℃下真空干燥至恒重，即可。
本发明所制的具有花状结构的多孔溴化氧铋微纳米材料，展现出优异的光催化性能，在可见光光照下能够高效降解工业废水中有毒的有机物质,0.01g合成的溴化氧铋在可见光下降解50ml10mg/L的罗丹明B只需要40分钟。
本发明采用五水合硝酸铋为铋源，将其溶于pH为5.0的10mL稀硝酸溶液中，形成澄清溶液A；同时，另将CTAB、PVP及球形的Ni单质超声分散于10mL的乙醇中，形成混合体系B。将A、B混合后室温下静置3h，所得白色沉淀用去离子水洗涤数次，于60℃下真空干燥至恒重，即可。
五水合硝酸铋和CTAB摩尔比为1：1；
PVP的质量与CTAB的质量比值为1:1.2；
乙醇与稀硝酸的体积比1:1；
Ni的质量0.02g；
本发明所制的具有花状结构的多孔溴化氧铋微纳米材料，展现出优异的光催化性能，在可见光光照下能够高效降解工业废水中有毒的有机物，0.01g合成的溴化氧铋在可见光下完全降解50ml的罗丹明B（10mg/L）只需要40分钟。
所得纳米材料可以将工厂排放的有毒、难降解的有机污染物降解成无毒二氧化碳和水，这种催化剂可以被反复的使用，它的光催化性能不会随着使用的次数增加而活性降低，光催化过程所需要的唯一能源就是可见光，综上所述这种催化剂具有很高的经济效益，因此在环境治理与防护领域有潜在的应用前景，故而有较高的经济和社会效益。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将铋源溶于pH为5.0的稀硝酸溶液中，形成澄清溶液A；
（2）将CTAB、PVP及球形的Ni单质超声分散于10mL的乙醇中，形成混合体系B；
（3）将A、B混合后室温下静置，得白色沉淀；
（4）洗涤；
（5）干燥至恒重。
2.如权利要求1所述的光催化剂的制备方法，其特征在于，铋源选择五水合硝酸铋。
3.如权利要求1或2所述的光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（3）中静置3h。
4.如权利要求1-3中任一项所述的光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（4）中用去离子水洗涤数次。
5.如权利要求1-4中任一项所述的光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（5）中于60℃下真空干燥至恒重。
6.如权利要求1-5中任一项所述的光催化剂的制备方法，其特征在于，五水合硝酸铋和CTAB摩尔比为1：1，和/或，PVP的质量与CTAB的质量比值为1:1.2，和/或，乙醇与稀硝酸的体积比1:1。
7.如权利要求1-6中任一项所述的光催化剂的制备方法，其特征在于，五水合硝酸铋和Ni的物质的量比值为6：1。
8.一种如权利要求1-7所述方法制备的产品，其特征在于，其为具有花状结构的多孔溴化氧铋微纳米材料。
9.如权利要求8所述纳米材料的用途，其特征在于，利用其光催化性能，在可见光光照下降解工业废水中有毒的有机物质。
10.如权利要求9所述纳米材料的用途，其特征在于，在可见光下降解罗丹明B。
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