CN105833887B - 一种BiOCl/β‑FeOOH复合纳米材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种BiOCl/β‑FeOOH复合纳米材料及其制备方法，涉及复合纳米材料技术领域。先将FeCl3·6H2O溶解于蒸馏水中，再依次加入Bi(NO3)3·5H2O、葡萄糖后混合均匀，调节pH值至3～6，然后经水热合成反应得到BiOCl/β‑FeOOH复合纳米材料。采用低温水热法合成，通过葡萄糖生物大分子来控制β‑FeOOH纳米棒在BiOCl纳米片上的附着生长，在BiOCl/β‑FeOOH纳米复合材料的结构中，呈纺锤形的β‑FeOOH纳米棒分布在呈片状的BiOCl上，这种纳米复合材料具有较高的比表面积、优异的光催化和类芬顿催化活性等优点，可望用作脱除污水中各类有机污染物的有效催化剂。
Description
技术领域
本发明涉及复合纳米材料技术领域，具体是涉及一种BiOCl/β-FeOOH复合纳米材料及其制备方法。
背景技术
羟基氧化铁(β-FeOOH)是一种性能优良的功能材料，可用作颜料、催化剂、磁记录介质的前驱体、磁性涂料和气体传感器等。具有成本低廉和较高的比表面积，可用作吸附剂和类芬顿试剂，在催化、医药和生物领域有着重要的应用价值。
氯氧化铋(BiOCl)作为过渡族金属硫化物，纳米BiOCl具有比表面积大，可作为光催化剂来去除有机污染物。然而，纳米BiOCl光催化剂对可见光响应范围狭小的，因而，其可见光催化效应不明显。已研究表明，β-FeOOH和BiOCl都为层状结构，这为两者的复合提供可能的依据。目前，关于利用β-FeOOH来调控BiOCl光催化性能方面的研究报道较少。
发明内容
为了克服现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供了一种BiOCl/β-FeOOH复合纳米材料及其制备方法，获得的复合材料具有优异的可见光和类芬顿双重催化功能。
为实现该目的，本发明采用了以下技术方案：
一种BiOCl/β-FeOOH复合纳米材料，呈纺锤形的β-FeOOH纳米棒分布在呈片状的BiOCl上。
一种BiOCl/β-FeOOH复合纳米材料的制备方法，先将FeCl3·6H2O溶解于蒸馏水中，再依次加入Bi(NO3)3·5H2O、葡萄糖后混合均匀，调节pH值至3～6，然后经水热合成反应得到BiOCl/β-FeOOH复合纳米材料。
作为上述制备方法的进一步改进，反应体系中FeCl3·6H2O、Bi(NO3)3·5H2O和葡萄糖的质量浓度依次为0.27～1.35g/mL、0.485～7.276g/mL、3.5～8.5g/L。水热合成反应的时间为24～48h，反应温度为80～100℃。水热合成反应产物经固液分离、洗涤、烘干得到复合纳米材料，烘干温度为60～80℃，烘干时间为2～6h。
与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：
1、本发明采用低温水热法合成，通过葡萄糖生物大分子来控制β-FeOOH纳米棒在BiOCl纳米片上的附着生长，在BiOCl/β-FeOOH纳米复合材料的结构中，呈纺锤形的β-FeOOH纳米棒分布在呈片状的BiOCl上，这种纳米复合材料具有较高的比表面积、优异的光催化和类芬顿催化活性等优点，可望用作脱除污水中各类有机污染物的有效催化剂。另外，在颜料和磁性元件等方面上也有潜在的应用价值。
2、本发明制备方法工艺简单，整个制备体系容易构建、操作简便、条件易控、成本低廉、产物组成可控、适合于大规模工业生产。采用常规可溶性铁盐作为反应物，在制备过程中产生的副产物少，对环境污染较小，是一种环保型合成工艺。
附图说明
图1是实施例1所得产物的XRD谱图
图2a是实施例1所得产物的扫描电镜图像。
图2b是对单个BiOCl/β-FeOOH复合片的面扫描能谱分析图。
图3a是实施例1所得产物的低倍率TEM投射照片。
图3b是BiOCl和β-FeOOH的电子衍射分析结果。
图4是β-FeOOH、BiOCl和β-FeOOH/BiOCl三者的紫外-可见吸收光谱图。
图5是β-FeOOH、BiOCl和β-FeOOH/BiOCl复合材料光催化降解甲基橙的动力学曲线。
具体实施方式
以下结合实施例以及附图对本发明作进一步详细描述。
实施例1
(1)、将27g的FeCl3·6H2O溶解在100mL蒸馏水中，室温下磁力搅拌2分钟使之充分溶解得到溶液a。
(2)、称取48.5g的Bi(NO3)3·5H2O加入到上述溶液a中，继续磁力搅拌1分钟得到溶液b。
(3)、称0.35g的葡萄糖加入到溶液b中，用HCl溶液调节溶液pH为3，得到溶液c。
(4)、将溶液c装入反应釜中进行水热合成反应，反应时间为24h，反应温度为100℃。
(5)、反应结束后取出产物，经过洗涤、离心和干燥，得到目标产物，烘干温度为70℃，烘干时间为4h。
图1为实施例1所得产物的XRD谱图。将产物的XRD所有衍射峰与标准BiOCl(PDF#34-1266)与β-FeOOH(PDF#06-0249)的XRD谱图进行对比分析，可以看出，所得产物中出现了BiOCl和β-FeOOH的特征衍射峰，可以初步确定所得的产物为BiOCl/β-FeOOH复合物，且两者的结晶度较高。
图2a是实施例1所得产物的扫描电镜图像，从图中可以看出在片状的BiOCl上分布着纺锤形的β-FeOOH纳米棒，片状BiOCl的尺寸约为几个微米。图2b是对单个BiOCl/β-FeOOH复合片进行了面扫描能谱分析图，从分析结果中可以看出，Bi和Cl元素的分布均匀，且形状基本一致，而Fe和O元素分布区域基本一致。结合图1的XRD和图2b的能谱分析结果，可初步认为得到的产物为BiOCl/β-FeOOH复合片。
为了进一步确认复合纳米片中的BiOCl和β-FeOOH两者的结合关系，对产物进行了TEM和HRTEM分析，其结果如图3所示。图3a为产物的低倍投射照片，由图3a可以清晰看出，复合纳米片是由片状的BiOCl和纺锤形的β-FeOOH构成。图3b为两者的电子衍射分析结果，从图3b中标注的结果进一步可以证明，复合纳米片中BiOCl和β-FeOOH位向关系，两者依附生长在一起，结晶程度高。
图4是β-FeOOH、BiOCl和β-FeOOH/BiOCl三者的紫外-可见吸收光谱图。从图4中可以看出，纯的BiOCl和β-FeOOH的吸收峰均在360nm左右，说明两者在可见光范围内(＞420nm)内吸收不明显。而BiOCl/β-FeOOH复合纳米片最大吸收峰为480nm左右，说明获得的BiOCl/β-FeOOH复合纳米材料具有良好的可见光吸收性能。
实施例2
(1)、将135g的FeCl3·6H2O溶解在100mL蒸馏水中，室温下磁力搅拌3分钟使之充分溶解得到溶液a。
(2)、称取48.5g的Bi(NO3)3·5H2O加入到上述溶液a中，继续磁力搅拌1分钟得到溶液b。
(3)、称0.55g的葡萄糖加入到溶液b中，用HCl溶液调节溶液pH为4，得到溶液c。
(4)、将溶液c装入反应釜中进行水热合成反应，反应时间为48h，反应温度为80℃。
(5)、反应结束后取出产物，经过洗涤、离心和干燥，得到目标产物，烘干温度为80℃，烘干时间为2h。
实施例3
(1)、将27g的FeCl3·6H2O溶解在100mL蒸馏水中，室温下磁力搅拌1分钟使之充分溶解得到溶液a。
(2)、称取727.6g的Bi(NO3)3·5H2O加入到上述溶液a中，继续磁力搅拌3分钟得到溶液b。
(3)、称0.85g的葡萄糖加入到溶液b中，用HCl溶液调节溶液pH为6，得到溶液c。
(4)、将溶液c装入反应釜中进行水热合成反应，反应时间为36h，反应温度为90℃。
(5)、反应结束后取出产物，经过洗涤、离心和干燥，得到目标产物，烘干温度为60℃，烘干时间为6h。
实施例4(BiOCl/β-FeOOH纳米复合材料光催化降解污染物)
(1)、以甲基橙为目标污染物，在100mL甲基橙初始浓度为20mg/L的溶液中加入0.1g所制备的BiOCl/β-FeOOH复合材料，快速均匀分散后得到混合液a，然后放入光催化装置中进行光催化实验。
(2)、光照t1分钟后，从a溶液中取出10mL进行离心分离，得到上清液b。
(3)、用紫外-可见光谱仪测试溶液b的吸光度A1，测试完毕后，倒回试管并连同剩余的溶液和催化剂摇匀后倒回到溶液a中，继续进行光催化实验。
(4)、光照t2分钟、t3分钟和t4分钟、t5分钟和t6分钟后的取样和测试过程与(2)和(3)两步完全相同，测得的系列吸光度分别标记为A2、A3、A4、A5和A6。
(5)、作时间ti和吸光度Ai(i＝0,1,2,3,4,5,6)曲线。再依据吸光度A和浓度C关系(朗伯比尔定律)计算得到吸附时间t和浓度Ct的关系曲线。
图5是β-FeOOH、BiOCl和β-FeOOH/BiOCl复合材料光催化降解甲基橙的动力学曲线。对比三者的可见光催化动力学曲线后可以看出，BiOCl和β-FeOOH可见光催化效果不明显，而BiOCl/β-FeOOH复合材料能有效光催化降解甲基橙。
Claims (2)
1.一种BiOCl/β-FeOOH复合纳米材料的制备方法，其特征在于先将FeCl3·6H2O溶解于蒸馏水中，再依次加入Bi(NO3)3·5H2O、葡萄糖后混合均匀，调节pH值至3～6，然后经水热合成反应得到BiOCl/β-FeOOH复合纳米材料；
反应体系中FeCl3·6H2O、Bi(NO3)3·5H2O和葡萄糖的质量浓度依次为0.27～1.35g/mL、0.485～7.276g/mL、3.5～8.5g/L；
水热合成反应的时间为24～48h，反应温度为80～100℃。
2.如权利要求1所述的BiOCl/β-FeOOH复合纳米材料的制备方法，其特征在于水热合成反应产物经固液分离、洗涤、烘干得到复合纳米材料，烘干温度为60～80℃，烘干时间为2～6h。
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| CN105833887A (zh) | 2016-08-10 |
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