CN106693996B - 硫化铋-铁酸铋复合可见光催化剂的制备方法及其应用 - Google Patents
硫化铋-铁酸铋复合可见光催化剂的制备方法及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106693996B CN106693996B CN201611077333.XA CN201611077333A CN106693996B CN 106693996 B CN106693996 B CN 106693996B CN 201611077333 A CN201611077333 A CN 201611077333A CN 106693996 B CN106693996 B CN 106693996B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- bismuth
- source
- bismuth ferrite
- reaction
- sulfide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 85
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 45
- HGHKJGDRGYURAQ-UHFFFAOYSA-N [Bi]=S.[Bi] Chemical compound [Bi]=S.[Bi] HGHKJGDRGYURAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 41
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims description 16
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims abstract description 80
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 80
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 34
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 30
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 28
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims abstract description 27
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 18
- PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N rhodamine B Chemical compound [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(N(CC)CC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 229940043267 rhodamine b Drugs 0.000 claims abstract description 13
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 66
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 29
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 17
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 11
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 11
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 10
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 9
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 9
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 8
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 3
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 2
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims 1
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 claims 1
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 abstract description 13
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 abstract description 10
- 238000002525 ultrasonication Methods 0.000 abstract description 9
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 239000010865 sewage Substances 0.000 abstract description 3
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 abstract description 2
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 abstract 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 13
- NNLOHLDVJGPUFR-UHFFFAOYSA-L calcium;3,4,5,6-tetrahydroxy-2-oxohexanoate Chemical compound [Ca+2].OCC(O)C(O)C(O)C(=O)C([O-])=O.OCC(O)C(O)C(O)C(=O)C([O-])=O NNLOHLDVJGPUFR-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 11
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- TZSXPYWRDWEXHG-UHFFFAOYSA-K bismuth;trihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Bi+3] TZSXPYWRDWEXHG-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 7
- RXPAJWPEYBDXOG-UHFFFAOYSA-N hydron;methyl 4-methoxypyridine-2-carboxylate;chloride Chemical group Cl.COC(=O)C1=CC(OC)=CC=N1 RXPAJWPEYBDXOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- MVFCKEFYUDZOCX-UHFFFAOYSA-N iron(2+);dinitrate Chemical group [Fe+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O MVFCKEFYUDZOCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- IQGILBZPWWYYSR-UHFFFAOYSA-N iron;hydrate Chemical compound O.[Fe].[Fe] IQGILBZPWWYYSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N thiourea group Chemical group NC(=S)N UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 3
- 229940107698 malachite green Drugs 0.000 description 3
- FDZZZRQASAIRJF-UHFFFAOYSA-M malachite green Chemical compound [Cl-].C1=CC(N(C)C)=CC=C1C(C=1C=CC=CC=1)=C1C=CC(=[N+](C)C)C=C1 FDZZZRQASAIRJF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 3
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 3
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 3
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 3
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 3
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 3
- XUJNEKJLAYXESH-REOHCLBHSA-N L-Cysteine Chemical compound SC[C@H](N)C(O)=O XUJNEKJLAYXESH-REOHCLBHSA-N 0.000 description 2
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Natural products NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005349 anion exchange Methods 0.000 description 2
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 2
- 239000007810 chemical reaction solvent Substances 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 230000004298 light response Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- MBMLMWLHJBBADN-UHFFFAOYSA-N Ferrous sulfide Chemical compound [Fe]=S MBMLMWLHJBBADN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000013878 L-cysteine Nutrition 0.000 description 1
- 239000004201 L-cysteine Substances 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000004729 solvothermal method Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/02—Sulfur, selenium or tellurium; Compounds thereof
- B01J27/04—Sulfides
- B01J27/043—Sulfides with iron group metals or platinum group metals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/60—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
- B01J35/61—Surface area
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
- C02F1/725—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation by catalytic oxidation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/40—Organic compounds containing sulfur
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
- Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种制备硫化铋‑铁酸铋复合可见光催化剂的方法及其应用。该方法将一定量硫源和铁酸铋按比例分散到无水乙醇溶剂中，超声后，转移至聚四氟乙烯内衬反应釜进行反应；将反应后所得棕色或黑色沉淀进行离心分离、洗涤、干燥，得到不同比例的硫化铋‑铁酸铋复合光催化剂；采用卤钨灯为可见光光源，以罗丹明B染料作为有机污染物，将复合催化剂粉体与罗丹明B溶液充分混合以光催化降解模拟水环境中的罗丹明B有机污染物。该方法在3小时内去除水中96％以上的罗丹明B染料，催化剂活性好且性能稳定。该硫化铋‑铁酸铋为复合可见光催化剂，可直接利用太阳能光催化氧化处理污水，在污水治理方面有良好的发展前景。
Description
技术领域
本发明属于水处理光催化氧化技术领域，具体涉及一种硫化铋-铁酸铋复合可见光催化剂制备在可见光催化降解有机污染物方面的应用。
背景技术
全球遭遇能源危机和环境问题的背景下，使用半导体基光催化剂的光催化技术在环境保护和新能源开发方面被认为是最有前景的技术之一。其中，在环境催化领域，光催化氧化可以有效地消除有毒有害难降解有机污染物，因此，已成为污染物处理方面青睐的方法之一。TiO2由于具有廉价、无毒、稳定等优点成为光催化研究领域最主要的光催化剂，然而，因其带隙宽(Eg＝3.2eV)，只对紫外光(太阳光的利用率小于5％)响应，而不能利用到达地面的太阳光中可见光(占太阳能的45％左右)，限制了其在实际中的应用。因此，研发具有可见光响应的新型半导体光催化材料，然后通过改性提高光催化活性已经成为光催化研究的主要方向之一。
铁酸铋首先被用作多铁性材料。随着近年来发现钙钛矿铁酸铋(BiFeO3)材料在室温下呈现窄带隙(2.2eV)和良好的化学稳定性，并具有良好的载流子输运特性，使其可以运用于可见光催化技术。然而，光生电子—空穴容易再结合以及存在光腐蚀性，限制了其在光催化方面的应用。虽有研究将其进行改性(如形貌调控、离子掺杂、贵金属沉积和半导体复合)，同时也提高了材料的循环性能，但要实际应用，其光量子效率仍待加强，可见光催化活性仍有待提高。
Bi2S3是一种典型的层状半导体材料，其禁带宽度为1.3～1.7eV，是对可见光响应的光催化剂，但由于其光生载流子复合率高，单一Bi2S3的光催化活性并不理想。因此，研究者在Bi2S3的改性方面做了大量工作，期望在现有的性能上进一步提高其光催化活性，有研究表明将Bi2S3与半导体材料复合能够改善原材料的光生载流子的复合作用，从而提高光量子效率。此外，硫化铋较为大的比表面积有利于吸附，同时也可以提高材料的可见光催化性能。
因此，结合铁酸铋和硫化铋材料的各自优势，利用溶胶凝胶法和阴离子交换法制备出硫化铋-铁酸铋复合材料，将该复合材料在可见光下光降解有机污染物罗丹明B，表现出良好的光催化效果，且可以多次循环使用。
CN201510417625的中国发明专利公开了一种采用化学腐蚀法原位生长制备可见光响应高效的硫化铋-铁酸铋复合光催化剂及其应用。该方法同步采用溶胶凝胶法与化学腐蚀法。先采用溶胶凝胶法合成铁酸铋。然后通过以L-半胱氨酸为硫源，在铁酸铋表面上通过化学腐蚀法原位生长以合成不同比例的硫化铋-铁酸铋复合光催化剂。采用氙灯为光源,以孔雀石绿作为有机污染物降解模型，将复合材料与孔雀石绿溶液充分混合以光催化降解模拟水环境中的孔雀石绿有机污染物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硫化铋-铁酸铋复合可见光催化剂的制备方法，并将该催化剂应用在可见光催化处理有机污染物方面。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案实现：
一种制备硫化铋-铁酸铋复合可见光催化剂的方法，其特征在于，该方法将一定量硫源和铁酸铋按比例分散到无水乙醇溶剂中，超声后，转移至聚四氟乙烯内衬反应釜进行反应；将反应后所得棕色或黑色沉淀进行离心分离、洗涤、干燥，得到不同比例的硫化铋-铁酸铋复合光催化剂；所述的硫源与铁酸铋的摩尔比为(2.5-10)：100；；所述的超声时间为20-30min，所述的反应温度为180-200℃，所述的反应时间为6-12h。
所述的离心分离是以8000-12000r/min的速度分离处理10-15分钟，所述的洗涤过程分别用去离子水和乙醇依次洗涤3次，所述的干燥处理是指在60-80℃条件下烘干8-12h。
所述的制备硫化铋-铁酸铋复合可见光催化剂的方法，其中铁酸铋的制备方法包括以下步骤：
1)以铋源和铁源为原料，将二者按比例混合溶解于乙二醇溶剂中配置前驱液，在60-80℃温度条件下超声分散0.5-1h，获得溶胶,所述的铋源中的铋元素与铁源中的铁元素摩尔比为1:1；
2)将制得的溶胶在110-130℃温度条件下干燥4-5天，得到干凝胶粉末；
3)将制得的干凝胶粉末研磨均匀后,置入马弗炉进行预处理；处理温度为300-350℃，时间为2-3h；
4)将预处理后的干凝胶粉末在温度为500-600℃的马弗炉中锻烧2-4h，然后冷却至室温，研磨后得铁酸铋样品。
所述的制备硫化铋-铁酸铋复合可见光催化剂的方法生产的催化剂的应用，其特征在于，将上述方法所得的催化剂用于水环境中的罗丹明B的可见光降解，在3小时内去除水中96％以上(浓度为10mg/L)的罗丹明B染料，催化剂活性好且性能稳定，反应后的催化剂可以多次循环利用，在污水治理方面具有重要的意义和良好的发展前景。
与现有技术相比，本发明提供的硫化铋-铁酸铋复合可见光催化剂的制备方法及其应用所具有的有益效果是：
1使用乙二醇作为溶胶助剂，在该方法制备温度下，挥发性小，不产生有毒有害气体，是一种绿色的制备方法；
2采用无水乙醇作为溶剂热反应溶剂，克服了现有技术中以去离子水为反应溶剂，加入铁酸铋和硫源进行阴离子交换反应过程中，只产生铁的硫化物而不能生成硫化铋的问题；
3硫源为硫脲，丰富易得，方便工业化推广。
4材料为纳米级且形成异质结构，可提高比表面积以及增加入射光的折射次数，提高光吸收效率。
1)纳米级材料，比表面积大，能够充分与有机污染物接触；
2)以可见光为光源，无需外加氧化剂，可以高效的降解水中有机污染物；
3)催化剂的制备具有很好的可重复性，无需加入表面活性剂和有毒试剂，是一种绿色的合成方法；
4)催化活性高，原料丰富易得，方便工业化推广。
附图说明
图1为硫化铋、不同比例硫化铋-铁酸铋复合光催化剂和纯相铁酸铋的XRD图。图中◆为硫化铋的衍射峰，图1表明随着硫源的比例增大，制备的复合材料中硫化铋的峰越来越强，而2.5％—10％硫化铋-铁酸铋光催化剂中观察不到明显硫化铋的衍射峰，是由于复合材料中硫化铋含量低于检测限，但通过图2可以观察到不同形态结构的纳米颗粒可以确定硫化铋的存在。
图2为5％硫化铋-铁酸铋复合光催化剂放大50000倍的SEM图(A)和蓝色部位的EDS图(B)。图2(A)中显示存在少量纳米棒状结构与铁酸铋不规则颗粒状晶体呈明显差异，图2(B)表明纳米棒状结构含有硫元素，是含硫化合物，结合图1可以再次证实2.5-10％硫化铋-铁酸铋复合光催化剂材料成功制备。
图3为50％硫化铋-铁酸铋复合光催化剂放大100000倍扫描电子显微镜图，从图2中可以观察到明显存在两种纳米结构物质：铁酸铋颗粒呈不规则球形，硫化铋呈高长径比纳米棒状结构，纳米棒状晶体生长在不规则球形晶体表面形成异质结构。
图4为5％硫化铋-铁酸铋粉体光催化降解水体中罗丹明B过程中的紫外-可见光吸收光谱随时间的变化图，从图3中可以看出罗丹明B的最大吸收波长为554nm左右，并随着时间的进行其吸光度越来越来弱，没有其它波长的吸收峰产生，说明材料对罗丹明B能够降解完全。
图5为实施例1制备硫化铋-铁酸铋复合光催化剂以及纯相铁酸铋催化活性比较图，可通过图5观察到5％硫化铋-铁酸铋具有最好的活性。
图6为5％硫化铋-铁酸铋复合光催化剂回收实验图，从图6中可以看出复合光催化剂具有良好的使用寿命性能。
具体实施方式
实现本发明关键技术是制备出硫化铋-铁酸铋光催化，所述催化剂在制备过程中硫源与铁酸铋的摩尔比为(2.5-10)：100；下面结合具体实施例对本发明做进一步详细、清楚、完整的说明，所列实施例仅对本发明予以进一步的说明，并不因此而限制本发明。
实施例1：
一种硫化铋-铁酸铋复合可见光催化剂，其制备方法的步骤如下：
1)以铋源和铁源为原料，将二者按铋元素、铁元素摩尔比为1：1的比例混合溶解于有机溶剂乙二醇中配置前驱液，在60℃温度条件下超声分散0.5h，获得溶胶,铋源中的铋元素与铁源中的铁元素摩尔比为1:1；所述铋源为硝酸铋及其水合物，所述铁源为硝酸铁及其水合物；
2)将制得的溶胶在120℃温度条件下干燥4-5天，得到干凝胶粉末；
3)将制得的干凝胶粉末研磨均匀后,置入马弗炉进行预处理；处理温度为300℃，时间为2h；
4)将预处理后的干凝胶粉末在温度为500℃的马弗炉中锻烧3h，然后冷却至室温，研磨后得铁酸铋样品。
5)将一定量硫源和铁酸铋按比例分散到无水乙醇溶剂中，超声后，转移至聚四氟乙烯内衬反应釜进行反应；所述的硫源与铁酸铋的摩尔比为5:100；所述的超声时间为20min，所述的硫源为硫脲，所述的超声时间为0.5h，所述的反应温度为180℃，所述的反应时间为6h。
6)将反应后所得黑色沉淀进行离心分离、洗涤、干燥，得到不同比例的硫化铋-铁酸铋复合光催化剂，所述的离心分离是以9000r/min的速度处理10min，所述的洗涤是指分别用去离子水和乙醇依次洗涤3次，所述的干燥处理是在60℃条件下烘干10h。
实施例2：
一种硫化铋-铁酸铋复合可见光催化剂，其制备方法的步骤如下：
1)以铋源和铁源为原料，将二者按比例混合溶解于有机溶剂乙二醇中配置前驱液，在75℃温度条件下超声分散1h，获得溶胶,所述的铋源中的铋元素与铁源中的铁元素摩尔比为1:1；所述铋源为硝酸铋及其水合物，所述铁源为硝酸铁及其水合物；
2)将制得的溶胶在125℃温度条件下干燥4天，得到干凝胶粉末；
3)将制得的干凝胶粉末研磨均匀后,置入马弗炉进行预处理；处理温度为350℃，时间为2h；
4)将预处理后的干凝胶粉末在温度为550℃的马弗炉中锻烧3h，然后冷却至室温，研磨后得铁酸铋样品。
5)将一定量硫源和铁酸铋按比例分散到无水乙醇溶剂中，超声后，转移至聚四氟乙烯内衬反应釜进行反应；所述的硫源与铁酸铋的摩尔比为2.5:100；所述的超声时间为25min，所述的反应温度为190℃，所述的反应时间为10h。
6)将反应后所得黑色沉淀进行离心分离、洗涤、干燥，得到不同比例的硫化铋-铁酸铋复合光催化剂，所述的离心分离是以12000r/min的速度处理10-15min，所述的洗涤是指分别用去离子水和乙醇依次洗涤3次，所述的干燥处理是在80℃温度条件下烘干12h。
实施例3：
一种硫化铋-铁酸铋复合可见光催化剂，其制备方法的步骤如下：
1)以铋源和铁源为原料，将二者按比例混合溶解于有机溶剂乙二醇中配置前驱液，在80℃温度条件下超声分散1h，获得溶胶,所述的铋源中的铋元素与铁源中的铁元素摩尔比为1:1；所述铋源为硝酸铋及其水合物，所述铁源为硝酸铁及其水合物；
2)将制得的溶胶在120℃温度条件下干燥5天，得到干凝胶粉末；
3)将制得的干凝胶粉末研磨均匀后,置入马弗炉进行预处理；处理温度为350℃，时间为3h；
4)将预处理后的干凝胶粉末在温度为600℃的马弗炉中锻烧2h，然后冷却至室温，研磨后得铁酸铋样品。
5)将一定量硫源和铁酸铋按比例分散到无水乙醇溶剂中，超声后，转移至聚四氟乙烯内衬反应釜进行反应；所述的硫源与铁酸铋的摩尔比为10:100；所述的超声时间为25min，所述的反应温度为200℃，所述的反应时间为8h。
6)将反应后所得黑色沉淀进行离心分离、洗涤、干燥，得到不同比例的硫化铋-铁酸铋复合光催化剂，所述的离心分离是以12000r/min的速度处理10min，所述的洗涤是指分别用去离子水和乙醇依次洗涤3次，所述的干燥处理是在70℃温度条件下烘干10h。
实施例4：
一种硫化铋-铁酸铋复合可见光催化剂，其制备方法的步骤如下：
1)以铋源和铁源为原料，将二者按比例混合溶解于有机溶剂乙二醇中配置前驱液，在80℃温度条件下超声分散1h，获得溶胶,所述的铋源中的铋元素与铁源中的铁元素摩尔比为1:1；所述铋源为硝酸铋及其水合物，所述铁源为硝酸铁及其水合物；
2)将制得的溶胶在120℃温度条件下干燥5天，得到干凝胶粉末；
3)将制得的干凝胶粉末研磨均匀后,置入马弗炉进行预处理；处理温度为350℃，时间为2h；
4)将预处理后的干凝胶粉末在温度为500℃的马弗炉中锻烧2h，然后冷却至室温，研磨后得铁酸铋样品。
5)将一定量硫源和铁酸铋按比例分散到无水乙醇溶剂中，超声后，转移至聚四氟乙烯内衬反应釜进行反应；所述的硫源与铁酸铋的摩尔比为10:100；所述的超声时间为25min，所述的反应温度为180℃，所述的反应时间为6h。
6)将反应后所得黑色沉淀进行离心分离、洗涤、干燥，得到不同比例的硫化铋-铁酸铋复合光催化剂，所述的离心分离是以12000r/min的速度处理10min，所述的洗涤是指分别用去离子水和乙醇依次洗涤3次，所述的干燥处理是在70℃温度条件下烘干10h。
实施例5：
一种硫化铋-铁酸铋复合可见光催化剂，其制备方法的步骤如下：
1)以铋源和铁源为原料，将二者按比例混合溶解于有机溶剂乙二醇中配置前驱液，在80℃温度条件下超声分散1h，获得溶胶,所述的铋源中的铋元素与铁源中的铁元素摩尔比为1:1；所述铋源为硝酸铋及其水合物，所述铁源为硝酸铁及其水合物；
2)将制得的溶胶在120℃温度条件下干燥5天，得到干凝胶粉末；
3)将制得的干凝胶粉末研磨均匀后,置入马弗炉进行预处理；处理温度为350℃，时间为2h；
4)将预处理后的干凝胶粉末在温度为550℃的马弗炉中锻烧2h，然后冷却至室温，研磨后得铁酸铋样品。
5)将一定量硫源和铁酸铋按比例分散到无水乙醇溶剂中，超声后，转移至聚四氟乙烯内衬反应釜进行反应；所述的硫源与铁酸铋的摩尔比为25:100；所述的超声时间为25min，所述的反应温度为190℃，所述的反应时间为8h。
6)将反应后所得黑色沉淀进行离心分离、洗涤、干燥，得到不同比例的硫化铋-铁酸铋复合光催化剂，所述的离心分离是以12000r/min的速度处理10min，所述的洗涤是指分别用去离子水和乙醇依次洗涤3次，所述的干燥处理是在80℃温度条件下烘干10h。
实施例6：
一种硫化铋-铁酸铋复合可见光催化剂，其制备方法的步骤如下：
1)以铋源和铁源为原料，将二者按比例混合溶解于有机溶剂乙二醇中配置前驱液，在70℃温度条件下超声分散1h，获得溶胶,所述的铋源中的铋元素与铁源中的铁元素摩尔比为1:1；所述铋源为硝酸铋及其水合物，所述铁源为硝酸铁及其水合物；
2)将制得的溶胶在125℃温度条件下干燥5天，得到干凝胶粉末；
3)将制得的干凝胶粉末研磨均匀后,置入马弗炉进行预处理；处理温度为350℃，时间为2h；
4)将预处理后的干凝胶粉末在温度为550℃的马弗炉中锻烧2h，然后冷却至室温，研磨后得铁酸铋样品。
5)将一定量硫源和铁酸铋按比例分散到无水乙醇溶剂中，超声后，转移至聚四氟乙烯内衬反应釜进行反应；所述的硫源与铁酸铋的摩尔比为50:100；所述的超声时间为25min，所述的反应温度为200℃，所述的反应时间为9h。
6)将反应后所得黑色沉淀进行离心分离、洗涤、干燥，得到不同比例的硫化铋-铁酸铋复合光催化剂，所述的离心分离是以12000r/min的速度处理10min，所述的洗涤是指分别用去离子水和乙醇依次洗涤3次，所述的干燥处理是在80℃温度条件下烘干10h。
实施例7：
一种硫化铋-铁酸铋复合可见光催化剂，其制备方法的步骤如下：
1)以铋源和铁源为原料，将二者按比例混合溶解于有机溶剂乙二醇中配置前驱液，在65℃温度条件下超声分散1h，获得溶胶,所述的铋源中的铋元素与铁源中的铁元素摩尔比为1:1；所述铋源为硝酸铋及其水合物，所述铁源为硝酸铁及其水合物；
2)将制得的溶胶在120℃温度条件下干燥5天，得到干凝胶粉末；
3)将制得的干凝胶粉末研磨均匀后,置入马弗炉进行预处理；处理温度为300℃，时间为3h；
4)将预处理后的干凝胶粉末在温度为600℃的马弗炉中锻烧3h，然后冷却至室温，研磨后得铁酸铋样品。
5)将一定量硫源和铁酸铋按比例分散到无水乙醇溶剂中，超声后，转移至聚四氟乙烯内衬反应釜进行反应；所述的硫源与铁酸铋的摩尔比为8：100；所述的超声时间为25min，所述的反应温度为200℃，所述的反应时间为8h。
6)将反应后所得黑色沉淀进行离心分离、洗涤、干燥，得到不同比例的硫化铋-铁酸铋复合光催化剂，所述的离心分离是以10000r/min的速度处理10min，所述的洗涤是指分别用去离子水和乙醇依次洗涤3次，所述的干燥处理是在70℃温度条件下烘干10h。
实施例8
取实施例1所得到的铁酸铋，采用100mL浓度为10mg/L的罗丹明B为目标反应物，调节溶液pH＝3，以一只150W卤钨灯灯为光源(用滤光片滤去420nm以下的光)，在30℃下反应3小时考察其可见光光催化降解性能，结果见图4-5，可以看出本发明所得到的产品均有光催化活性，硫化铋/铁酸铋复合材料较大度提高了可见光催化活性，高于纯铁酸铋纳米材料的光催化活性。
实施例9
将实施例2反应后催化剂回收，烘干之后重复按照实施例2进行光催化反应并进行性能评价，结果见图6，可以看出本发明所得到的产品具有稳定的催化活性。
Claims (2)
1.一种制备硫化铋-铁酸铋复合可见光催化剂的方法，其特征在于，该方法将一定量硫源和铁酸铋按比例分散到无水乙醇溶剂中，超声后，转移至聚四氟乙烯内衬反应釜进行反应；将反应后所得棕色或黑色沉淀进行离心分离、洗涤、干燥，得到不同比例的硫化铋-铁酸铋复合光催化剂；所述的硫源与铁酸铋的摩尔比为(2.5-10)：100；所述的超声时间为20-30min，所述的反应温度为180-200℃，所述的反应时间为6-12h；
所述的铁酸铋的制备方法包括以下步骤：
1)以铋源和铁源为原料，将二者按比例混合溶解于乙二醇溶剂中配置前驱液，在60-80℃温度条件下超声分散0.5-1h，获得溶胶,所述的铋源中的铋元素与铁源中的铁元素摩尔比为1:1；
2)将制得的溶胶在110-130℃温度条件下干燥4-5天，得到干凝胶粉末；
3)将制得的干凝胶粉末研磨均匀后,置入马弗炉进行预处理；处理温度为300-350℃，时间为2-3h；
4)将预处理后的干凝胶粉末在温度为500-600℃的马弗炉中锻烧2-4h，然后冷却至室温，研磨后得铁酸铋样品；
所述的离心分离是以8000-12000r/min的速度分离处理10-15分钟，所述的洗涤过程分别用去离子水和乙醇依次洗涤3次，所述的干燥处理是指在60-80℃条件下烘干8-12h。
2.根据权利要求1所述的制备硫化铋-铁酸铋复合可见光催化剂的方法所得的催化剂的应用，其特征在于，将上述方法所得的催化剂用于水环境中的罗丹明B的可见光降解，在3小时内去除水中96％以上的罗丹明B染料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611077333.XA CN106693996B (zh) | 2016-11-30 | 2016-11-30 | 硫化铋-铁酸铋复合可见光催化剂的制备方法及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611077333.XA CN106693996B (zh) | 2016-11-30 | 2016-11-30 | 硫化铋-铁酸铋复合可见光催化剂的制备方法及其应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106693996A CN106693996A (zh) | 2017-05-24 |
| CN106693996B true CN106693996B (zh) | 2019-12-20 |
Family
ID=58935159
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201611077333.XA Expired - Fee Related CN106693996B (zh) | 2016-11-30 | 2016-11-30 | 硫化铋-铁酸铋复合可见光催化剂的制备方法及其应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106693996B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108102608B (zh) * | 2017-12-12 | 2020-08-25 | 陕西科技大学 | 一种硫化钼/铁酸铋复合吸波材料的制备方法 |
| CN111185183A (zh) * | 2020-01-08 | 2020-05-22 | 中山大学 | 一种原位析出Bi单质包覆BiFeO3复合纳米光催化剂的制备方法 |
| CN111185184B (zh) * | 2020-01-19 | 2023-01-31 | 浙江树人学院（浙江树人大学） | 一种铁酸铋可见光催化剂的制备方法及其光催化性能应用 |
| CN111167480B (zh) * | 2020-02-14 | 2022-06-17 | 电子科技大学 | 一种新型析氧电催化剂及其制备方法和应用 |
| CN114308047B (zh) * | 2022-01-10 | 2022-11-01 | 濮阳市中汇新能源科技有限公司 | 一种用于有机废水光降解材料 |
| CN116726953A (zh) * | 2023-05-29 | 2023-09-12 | 中国市政工程西北设计研究院有限公司 | 一种压电可见光催化磁性纳米复合材料的制备方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105056973A (zh) * | 2015-07-16 | 2015-11-18 | 南昌航空大学 | 化学腐蚀法原位生长制备高效的硫化铋-铁酸铋复合可见光催化剂及其应用 |
-
2016
- 2016-11-30 CN CN201611077333.XA patent/CN106693996B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105056973A (zh) * | 2015-07-16 | 2015-11-18 | 南昌航空大学 | 化学腐蚀法原位生长制备高效的硫化铋-铁酸铋复合可见光催化剂及其应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| "Continuously enhanced photoactivity of hierarchical β-Bi2O3/Bi2S3 heterostructure derived from novel BiO2CH3 octagonal nanoplates";Yangyang Zhang, et al.;《Applied Catalysis A: General》;20160118;第514卷;第146-153页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106693996A (zh) | 2017-05-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106693996B (zh) | 硫化铋-铁酸铋复合可见光催化剂的制备方法及其应用 | |
| CN105032468B (zh) | 一种Cu2O‑TiO2/g‑C3N4三元复合物及其制备和应用方法 | |
| CN103433060B (zh) | 核-壳型TiO2/ZnIn2S4复合光催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN107376968B (zh) | 三氧化钨/氮化碳/氧化铋双z型光催化剂及其制备方法和应用 | |
| Xin et al. | Synthesis of ZnS@ CdS–Te composites with p–n heterostructures for enhanced photocatalytic hydrogen production by microwave-assisted hydrothermal method | |
| CN107670674B (zh) | 稀土元素共掺杂的硫化铟材料及其制备方法和应用 | |
| CN107670696A (zh) | 一种金属有机骨架材料uio‑66(nh2)/棒状硫化镉复合光催化剂的制备方法 | |
| CN102824921A (zh) | 一种Ag2S/Ag3PO4复合光催化剂的制备方法 | |
| CN106944074B (zh) | 一种可见光响应型复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN102600857A (zh) | 一种碳球负载的CuO-BiVO4异质结复合光催化剂的制备方法 | |
| CN103240073B (zh) | 一种Zn2+掺杂BiVO4可见光催化剂及其制备方法 | |
| CN109453800B (zh) | 全固态碘化银/氮化碳/钨酸铋双z型三元异质结光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN105536839A (zh) | 一种制备WO3/g-C3N4复合光催化材料的方法 | |
| CN110479315B (zh) | 一种多孔硫化铟/球形二硫化钼复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN105289578A (zh) | 一种金属氧化物/碳纳米管复合光催化剂及其制法与应用 | |
| CN114405522A (zh) | 一种能够高效还原六价铬离子的ZnIn2S4/MoSe2光催化剂 | |
| CN105457656B (zh) | 一种异质结光催化剂的制备方法和用途 | |
| CN105056973A (zh) | 化学腐蚀法原位生长制备高效的硫化铋-铁酸铋复合可见光催化剂及其应用 | |
| CN109382088A (zh) | SnO2/α～Bi2O3/β～Bi2O3复合材料及其制备方法 | |
| CN113976149B (zh) | 钴铝水滑石/富铋氯氧化铋复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN105618103B (zh) | 一种二维磁性光催化剂的制备方法 | |
| CN110302826A (zh) | 碱式硝酸铋和碘氧铋复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN106040276A (zh) | 一种高活性mpg‑C3N4/BiVO4/TiO2异质结光催化剂及其制备方法 | |
| CN107537458A (zh) | 一种氧化物量子点改性的石墨烯/氧化锌光催化材料的制备方法 | |
| CN110038641B (zh) | 钒酸铋/铬卟啉/石墨烯量子点二维复合z型光催化材料、制备方法及应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20191220 Termination date: 20201130 |