CN105233837A - 一种改性铋酸铜光催化剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改性铋酸铜光催化剂及其制备方法，其为金属铝掺杂的改性铋酸铜光催化剂，制备过程为将三水合硝酸铜、五水合硝酸铋和九水合硝酸铝加入到丙酮、丙三醇、硝酸和无水乙酸混合的溶液中，搅拌得到黄色凝胶，将黄色凝胶烘干得到干燥凝胶，再将干燥凝胶煅烧得到改性铋酸铜光催化剂。通过上述方式，本发明制备方法简单、成本低，解决了铋系光催化材料不能使用溶胶凝胶法制备的问题，制备出的蜂窝陶瓷负载改性铋酸铜光催化剂的可见光响应性能良好，在可见光照射下可以分解各种污染物质。

Description

一种改性铋酸铜光催化剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及光催化领域，特别是涉及一种改性铋酸铜光催化剂及其制备方法。

背景技术

可见光响应的光催化材料可以在太阳光的作用下，进行光降解反应，产生的活性基团可以将污染物去除。铋系光催化材料中，Bi失去3个电子，则Bi的6s²轨道由于可与O_2p轨道发生部分重叠而在半导体中形成价带顶端，使得禁带宽度降低从而实现对可见光波长良好的响应，并且有效地增加了价带的宽度，有利于提高空穴的移动性、减少光生载流子的复合。常见的尖晶石结构铋系光催化剂铋酸铜，由于具有较高的光稳定性和较低的化学亲和能等特点导致单相的铋酸铜在可见光区并没有显著的光催化活性，需要在双氧水的作用下才能有效分解各种有机污染物。对铋酸铜光催化剂进行金属离子掺杂改性，将金属离子引入到晶格内，使晶格内部产生缺陷引入新的能级，导致载流子的扩散长度增加，从而影响光生电子-空穴对的复合，可成为光生电子或空穴俘获陷阱而延长其寿命。进而显著的提高铋酸铜光催化剂的光催化活性。

目前铋酸铜的合成方法主要有固态研磨法、离子交换法和水热法。其中固态研磨法和离子交换法制备均存在反应条件苛刻，制备程序复杂等缺点；水热法存在制备周期长，设备要求高等缺点。硝酸铋需要在酸性较强的条件下才可以溶解，而常规的溶胶凝胶法搅拌过程中，酸性物质会挥发造成酸性减弱，从而溶胶在未形成凝胶的时候就会形成沉淀，阻止反应的进一步进行。目前还没有采用溶胶凝胶法制备铋酸铜光催化材料的报道。

蜂窝陶瓷载体具有微孔多、比表面积大等优点，对改性铋酸铜光催化材料具有很好的附着性能。因此，研究一种工艺简单和光催化性能优异的蜂窝陶瓷负载改性铋酸铜光催化剂的方法，具有良好的应用前景。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种改性铋酸铜光催化剂及其制备方法，其合成方法简单，催化剂可见光光催化性能良好。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种改性铋酸铜光催化剂，所述改性铋酸铜光催化剂为金属铝掺杂的改性铋酸铜光催化剂。

在本发明一个较佳实施例中，所述改性铋酸铜光催化剂负载于蜂窝陶瓷片上。

提供一种改性铋酸铜光催化剂的制备方法，包括步骤为：（1）将三水合硝酸铜、五水合硝酸铋和九水合硝酸铝加入到丙酮、丙三醇、硝酸和无水乙酸混合的溶液中，搅拌得到黄色凝胶；（2）将所述黄色凝胶烘干得到干燥凝胶，再将所述干燥凝胶煅烧得到改性铋酸铜光催化剂。

在本发明一个较佳实施例中，步骤（1）中所述丙酮、所述丙三醇、所述硝酸和所述无水乙酸的体积比为3:2:1:1。

在本发明一个较佳实施例中，步骤（1）中所述三水合硝酸铜、所述五水合硝酸铋和所述九水合硝酸铝的物质的量比为1:1.9:0.1。

在本发明一个较佳实施例中，步骤（1）中所述搅拌时的温度为45℃。

在本发明一个较佳实施例中，步骤（2）中所述黄色凝胶烘干时的温度为140℃，烘干时间为半小时。

在本发明一个较佳实施例中，步骤（2）中所述干燥凝胶煅烧时的温度为500℃，煅烧时间为3小时，所述煅烧在马弗炉中进行。

在本发明一个较佳实施例中，所述改性铋酸铜光催化剂的制备方法还包括将蜂窝陶瓷片浸于所述黄色凝胶中，再取出烘干并煅烧得到负载于蜂窝陶瓷片的改性铋酸铜光催化剂。

在本发明一个较佳实施例中，所述蜂窝陶瓷片为堇青石蜂窝陶瓷片，所述蜂窝陶瓷片浸于所述黄色凝胶中10分钟，所述烘干的温度为140℃，烘干时间为半小时，所述煅烧时的温度为500℃，煅烧时间为3小时，所述煅烧在马弗炉中进行。

本发明的有益效果是：本发明的改性铋酸铜光催化剂及其制备方法，制备方法简单、成本低，解决了铋系光催化材料不能使用溶胶凝胶法制备的问题，制备出的蜂窝陶瓷负载改性铋酸铜光催化剂的可见光响应性能良好，在可见光照射下可以分解各种污染物质。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明的改性铋酸铜光催化剂的XRD图谱；

图2是本发明的改性铋酸铜光催化剂的紫外可见吸收光谱图；

图3是本发明的蜂窝陶瓷负载改性铋酸铜光催化剂对模拟染料的降解示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

提供一种改性铋酸铜光催化剂，所述改性铋酸铜光催化剂为金属铝掺杂的改性铋酸铜光催化剂，可以将所述改性铋酸铜光催化剂负载于堇青石蜂窝陶瓷片上。

实施例二：

提供一种改性铋酸铜光催化剂的制备方法，包括步骤为：

（1）按照体积比为3:2:1:1，取丙酮60ml、丙三醇40ml、硝酸20ml和无水乙酸20ml，搅拌均匀得到澄清透明溶液；

（2）按照化学计量即物质的量比1:1.9:0.1，取三水合硝酸铜4.832g、五水合硝酸铋18.918g和九水合硝酸铝0.375g加入到所述澄清透明溶液中，在45℃下搅拌，直至形成淡黄色凝胶；

（3）将黄色凝胶取出放置于烘箱中在140℃下烘干半小时得到干燥凝胶；

（4）将步骤（3）中得到的干燥凝胶放置马弗炉中在500℃下煅烧3小时，得到改性铋酸铜光催化剂样品。

提供一种改性铋酸铜光催化剂负载的蜂窝陶瓷片，包括步骤为：

（1）按照体积比为3:2:1:1，取丙酮60ml、丙三醇40ml、硝酸20ml和无水乙酸20ml，搅拌均匀得到澄清透明溶液；

（2）按照化学计量即物质的量比1:1.9:0.1，取三水合硝酸铜4.832g、五水合硝酸铋18.918g和九水合硝酸铝0.375g加入到所述澄清透明溶液中，在45℃下搅拌，直至形成淡黄色凝胶；

（3）将边长为10厘米、厚度为1厘米的正方形堇青石制蜂窝陶瓷片置于步骤（2）中得到的黄色凝胶中，十分钟后取出吹干，将浸有凝胶的蜂窝陶瓷片放置于烘箱中在140℃下烘干半小时。

（4）将步骤（3）中得到的经烘箱干燥的蜂窝陶瓷片放置于马弗炉中在500℃下煅烧3小时，随炉自然冷却至室温取出，得到改性铋酸铜光催化剂负载的蜂窝陶瓷片。

本发明公开的溶胶凝胶法制备方法在制备过程中不加入水作为溶剂，溶剂中的丙酮和无水乙酸可以作为低温稳定剂，丙三醇可以作为水解羟基供体，硝酸和无水乙酸能维持较强的酸性，防止硝酸铋形成沉淀。蜂窝陶瓷负载改性铋酸铜光催化剂的量可以通过浸没干燥的次数进行控制。

实施例三：

（1）改性铋酸铜光催化剂的表征

请参阅图1，500℃下制备的改性铋酸铜光催化剂样品的衍射峰与铋酸铜标准特征衍射峰基本相同，说明通过此种方法制备的改性铋酸铜光催化材料具有尖晶石的晶体结构；主峰附近存在有杂峰，说明铝离子掺杂进入了铋酸铜光催化剂。请参阅图2，改性铋酸铜光催化剂样品在近紫外和可见光区均具有很好的光吸收能力，远高于常见的二氧化钛P25光催化材料，改进铋酸铜光催化剂在400nm附近存在明显的离子共振现象，是由于引入了杂质元素铝的原因。

（2）蜂窝陶瓷负载改性铋酸铜光催化剂的光催化活性

将500ml浓度为10mg/L的亚甲基蓝染料模拟降解液倒入反应器中，随后把本发明所制备的负载有改性铋酸铜光催化剂的蜂窝陶瓷片放入其中进行光催化实验，在蜂窝陶瓷片上方放置磁子，所用光源为氙灯。开始无光搅拌20分钟，随后开启光源进行光催化实验，每20分钟取样测试。请参阅图3，实验结果表明改性铋酸铜光催化剂的可见光光催化活性较高，对染料有明显的降解效果。

本发明的有益效果是：

一、采用改进的溶胶凝胶法制备改性铋酸铜光催化剂，具有制备方法简单，可见光光催化活性高等特点；

二、将改性铋酸铜光催化剂负载到堇青石蜂窝陶瓷片上，仍具有对模拟染料废水的良好光催化降解效果，在环保上得到很好应用。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种改性铋酸铜光催化剂，其特征在于，所述改性铋酸铜光催化剂为金属铝掺杂的改性铋酸铜光催化剂。

2.根据权利要求1所述的改性铋酸铜光催化剂，其特征在于，所述改性铋酸铜光催化剂负载于蜂窝陶瓷片上。

3.一种改性铋酸铜光催化剂的制备方法，其特征在于，包括步骤为：（1）将三水合硝酸铜、五水合硝酸铋和九水合硝酸铝加入到丙酮、丙三醇、硝酸和无水乙酸混合的溶液中，搅拌得到黄色凝胶；（2）将所述黄色凝胶烘干得到干燥凝胶，再将所述干燥凝胶煅烧得到改性铋酸铜光催化剂。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述丙酮、所述丙三醇、所述硝酸和所述无水乙酸的体积比为3:2:1:1。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述三水合硝酸铜、所述五水合硝酸铋和所述九水合硝酸铝的物质的量比为1:1.9:0.1。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述搅拌时的温度为45℃。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述黄色凝胶烘干时的温度为140℃，烘干时间为半小时。

8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述干燥凝胶煅烧时的温度为500℃，煅烧时间为3小时，所述煅烧在马弗炉中进行。

9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述改性铋酸铜光催化剂的制备方法还包括将蜂窝陶瓷片浸于所述黄色凝胶中，再取出烘干并煅烧得到负载于蜂窝陶瓷片的改性铋酸铜光催化剂。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述蜂窝陶瓷片为堇青石蜂窝陶瓷片，所述蜂窝陶瓷片浸于所述黄色凝胶中10分钟，所述烘干的温度为140℃，烘干时间为半小时，所述煅烧时的温度为500℃，煅烧时间为3小时，所述煅烧在马弗炉中进行。