CN107486153B - 一种具有光致脱附性能的吸附材料C/Bi2O2CO3的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有光致脱附性能的吸附材料C/Bi2O2CO3的制备方法，将9g柠檬酸溶于30mL蒸馏水中，待完全溶解后将所得的柠檬酸水溶液转入反应釜中于160‑180℃反应4‑6h得到含碳水溶液；将2g Bi(NO3)3 .5H2O溶于40mL摩尔浓度为0.02mol/L的HNO3溶液中，再加入1‑15mL含碳水溶液，磁力搅拌混合均匀后加入0.9g Na2CO3，超声45min，用NaOH溶液调节混合溶液的pH值为8‑8.5，在将溶液移至反应釜中于140‑180℃反应8‑12h；反应结束后，溶液自然冷却至室温，将所得沉淀离心分离，洗涤，干燥即制得对阳离子染料具有光致脱附性能的吸附材料C/Bi2O2CO3。本发明制备过程中所使用的原料价廉易得、绿色环保、反应条件温和且适合规模化生产，有望产生良好的社会和经济效益。
Description
技术领域
本发明属于新型吸附材料的合成技术领域，具体涉及一种具有光致脱附性能的新型吸附材料C/Bi2O2CO3的制备方法。
背景技术
吸附是一种重要的界面现象，广泛应用于分离、提纯和催化等领域。在常规吸附中，吸附通常是自发进行的，而解吸需要化学或能量的输入。最近，环境响应材料引起了人们的广泛兴趣，基于分子逻辑系统在药物输送、催化和其它过程中具有潜在应用。在各种因素中，包括温度、pH、光、磁场和电场，因为光在空间和时间精度上精细可调，对环境无害，而且没有运输限制等优点得到优先考虑。
铋元素位于元素周期表中金属与非金属交界处，具有特殊的理化性质，对有机体毒性小，是一种无毒的“绿色”金属。近年来，含铋无机半导体材料被发现具有较好的光、热、电转化性能，有望在非均相催化领域得到进一步应用。Bi2O2CO3是正交晶体结构，由层状[Bi2O2]2+和[CO3]2−交替排列而成。由于Bi2O2CO3特殊的分层结构使其在晶体生长时表现出不同的生长速率，这有利于合成特定晶面暴露的二维薄片结构或具有二维结构单元的分层三维结构。这种结构的Bi2O2CO3具有表面能高、比表面积大等特点。而纯相Bi2O2CO3由于禁带宽度较大，仅对紫外光有较强的吸收，限制了它的大规模应用。对Bi2O2CO3的性能调控大多通过以下几个方面进行：形貌控制、特殊晶面暴露、贵金属沉积、离子掺杂和非金属元素掺杂，这些技术多用于优化其光催化性能。因此，本发明利用非金属掺杂改性来研究Bi2O2CO3的吸附性能。
柠檬酸是一种三羧酸类化合物，加热可以分解成多种产物，与酸、碱、甘油等发生反应。由于其特殊的理化性质，柠檬酸在食品、化工及环保方面均有广泛的应用。在实验研究方面，柠檬酸也有卓越的贡献，以往的实验研究表明，不仅可利用柠檬酸促进土壤中重金属的解析，也可利用柠檬酸进行表面修饰来增强吸附能力。
综上所述，本发明以柠檬酸为碳源，采用水热法对Bi2O2CO3掺杂改性，一方面改变Bi2O2CO3的表面电荷，通过静电相互作用提高其对阳离子染料的吸附能力，另一方面，C/Bi2O2CO3中的基团可与水形成分子间作用力，在光照下作用力减弱或C/Bi2O2CO3发生异构化，使吸附的阳离子染料解析出来，产生光致脱附现象。
发明内容
本发明的目的是提供了一种工艺简单且条件温和的具有光致脱附性能的新型吸附材料C/Bi2O2CO3的制备方法，该方法以柠檬酸为碳源，对Bi2O2CO3进行掺杂改性合成一种新型的对阳离子染料具有光致脱附性能的新型吸附材料C/Bi2O2CO3。
本发明为实现上述目的采用如下技术方案，一种具有光致脱附性能的新型吸附材料C/Bi2O2CO3的制备方法，其特征在于具体步骤为：
（1）将9g柠檬酸溶于30mL蒸馏水中，待完全溶解后将所得的柠檬酸水溶液转入反应釜中于160-180℃反应4-6h得到含碳水溶液；
（2）将2g Bi(NO3)3 .5H2O溶于40mL摩尔浓度为0.02mol/L的HNO3溶液中，再加入1-15mL含碳水溶液，磁力搅拌混合均匀后加入0.9g Na2CO3，超声45min，用NaOH溶液调节混合溶液的pH值为8-8.5，再将溶液移至反应釜中于140-180℃反应8-12h；
（3）反应结束后，溶液自然冷却至室温，将所得沉淀离心分离，洗涤，干燥即制得对阳离子染料具有光致脱附性能的新型吸附材料C/Bi2O2CO3。
进一步优选，所述阳离子染料为亚甲基蓝溶液。
本发明中碳源的加入改变了Bi2O2CO3的表面电荷，由-6.7mV转变为-45.6mV，更负的表面电荷使C/Bi2O2CO3对阳离子染料的吸附大大提高，吸附剂为0.6g/L时，吸附率由原来的11.7%提高到了83.5%，含碳水溶液作为光响应的关键因素，使C/Bi2O2CO3对阳离子染料具有光致脱附现象，脱附率可达79.7%。
本发明仅采用水热法合成具有光致脱附性能的新型吸附材料C/Bi2O2CO3，该新型吸附材料能够有效地利用光对阳离子染料产生脱附现象；本发明制备过程中所使用的原料价廉易得、绿色环保、反应条件温和且适合规模化生产，有望产生良好的社会和经济效益。
附图说明
图1是实施例1制得的C/Bi2O2CO3的FESEM图；
图2是实施例2制得的C/Bi2O2CO3的FESEM图；
图3是实施例3制得的Bi2O2CO3的HRTEM图；
图4是实施例3制得的C/Bi2O2CO3的HRTEM图；
图5是实施例3制得的Bi2O2CO3和C/Bi2O2CO3在365nm的紫外光和420nm的可见光下对亚甲基蓝染液的光致脱附对比图；
图6是Bi2O2CO3标准卡片和实施例3制得的C/Bi2O2CO3的XRD图。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的上述内容作进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
将9g柠檬酸与30mL蒸馏水混合，超声使其混匀，将柠檬酸水溶液移入反应釜中于180℃反应5h得到含碳水溶液，自然冷却至室温后，将所得溶液密封保存以备用；将2g Bi(NO3)3 .5H2O溶于40mL HNO3（0.02M）溶液中，再加入3mL含碳水溶液，磁力搅拌30min后加入0.9g Na2CO3，超声45min，用NaOH溶液调节混合溶液的pH值为8，然后将混合溶液移至反应釜中于160℃反应12h，反应结束后，待溶液自然冷却至室温，将沉淀用水和无水乙醇洗涤3次，并于60℃干燥12h制得新型吸附材料C/Bi2O2CO3。
图1是本实施例制得的新型吸附材料C/Bi2O2CO3的FESEM图，由图可知样品成大块状，表面附着絮状物，这种絮状物有利于增加它的比表面积，提供更多的吸附位点。
实施例2
将9g柠檬酸与30mL蒸馏水混合，超声使其混匀，将柠檬酸水溶液移入反应釜中于180℃反应5h得到含碳水溶液，自然冷却至室温后，将所得溶液密封保存以备用；将2g Bi(NO3)3 .5H2O溶于40mL HNO3（0.02M）溶液中，再加入1mL 含碳水溶液，磁力搅拌30min后加入0.9g Na2CO3，超声45min，用NaOH溶液调节混合溶液的pH值为8，然后将混合溶液移至反应釜中于160℃反应10h，反应结束后，待溶液自然冷却至室温，将沉淀用水和无水乙醇洗涤3次，并于60℃干燥12h制得新型吸附材料C/Bi2O2CO3。
图2是本实施例制得的新型吸附材料C/ Bi2O2CO3的FESEM图，由图可以看出样品是由多层纳米薄片重叠组合成花状，平均尺寸约为1.5μm。
实施例3
将9g柠檬酸与30mL蒸馏水混合，超声使其混匀，将柠檬酸水溶液移入反应釜中于180℃反应5h得到含碳水溶液，待冷却至室温后，将所得溶液密封保存以备用；将2g Bi(NO3)3 .5H2O溶于40mL HNO3（0.02M）溶液中，再加入15mL含碳水溶液，磁力搅拌30min后加入0.9g Na2CO3，超声45min，用NaOH溶液调节混合溶液的pH值为8，然后将混合溶液移至反应釜中于160℃反应8h，反应结束后，待溶液自然冷却至室温后，将沉淀用水和无水乙醇洗涤3次，并于60℃干燥12h制得新型吸附材料C/Bi2O2CO3。不加含碳水溶液时制得的即为纯相Bi2O2CO3。
本实施例制得的新型吸附材料的光致脱附性能测试：
实验在PCX50B多通道光催化反应系统中进行，光源分别为365nm的紫外光和420nm的可见光。在实验过程中，亚甲基蓝模拟废水的初始浓度为20mg/L，溶液体积为50mL，吸附剂用量为30mg。首先进行吸附反应，在黑暗条件下吸附 5min达到吸附平衡，然后开灯进行脱附，每20min取一次样，取两次后，每隔30min取一次样，取四次。所取样品体积约为4mL。将所取的样品溶液于10000r/min离心分离10min，取其上清液，用紫外分光光度计测上清液的吸光度，通过（A-A0）/A判断亚甲基蓝染液的吸附效果，（At-A0）/(A-A0）来判断亚甲基蓝染液的脱附效果，A为亚甲基蓝染液的初始吸光度，A0为吸附平衡时染液的吸光度，At为光照时间t时染液的吸光度
图3是本实施例制得的Bi2O2CO3的HRTEM图，由图可以看出样品是厚度为0.2μm、直径约0.5μm的片状结构。
图4是本实例制得的C/Bi2O2CO3的HRTEM图，由图可以看出样品是更薄更大的片状结构，厚度约为50nm，直径不均一。
图5是365nm的紫外光和420nm的可见光照射下Bi2O2CO3和C/Bi2O2CO3对亚甲基蓝的光致脱附对比图和亚甲基蓝溶液的自降解图。亚甲基蓝溶液在光照下的自降解率小于10%，样品在5min时对染液达到吸附平衡，Bi2O2CO3对亚甲基蓝的吸附率为11.7%，C/Bi2O2CO3对亚甲基蓝的吸附率达到83.5%。从图中可以看出纯Bi2O2CO3对亚甲基蓝并没有光致脱附现象，对C/Bi2O2CO3而言，在365nm的紫外光和420nm的可见光照射下对亚甲基蓝均有脱附现象，脱附率约为79.7%。
图6为C/Bi2O2CO3的XRD图谱，与Bi2O2CO3标准卡片（JCPDS 84-1752）相吻合，表明本实例制得的C/Bi2O2CO3具有稳定和完整的Bi2O2CO3晶型结构。
以上显示和描述了本发明的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围。
Claims (2)
1.一种具有光致脱附性能的吸附材料C/Bi2O2CO3的制备方法，其特征在于具体步骤为：
（1）将9g柠檬酸溶于30mL蒸馏水中，待完全溶解后将所得的柠檬酸水溶液转入反应釜中于160-180℃反应4-6h得到含碳水溶液；
（2）将2g Bi(NO3)3 .5H2O溶于40mL摩尔浓度为0.02mol/L的HNO3溶液中，再加入1-15mL含碳水溶液，磁力搅拌混合均匀后加入0.9g Na2CO3，超声45min，用NaOH溶液调节混合溶液的pH值为8-8.5，再将溶液移至反应釜中于140-180℃反应8-12h；
（3）反应结束后，溶液自然冷却至室温，将所得沉淀离心分离，洗涤，干燥即制得对阳离子染料具有光致脱附性能的吸附材料C/Bi2O2CO3。
2.根据权利要求1所述的具有光致脱附性能的吸附材料C/Bi2O2CO3的制备方法，其特征在于：所述阳离子染料为亚甲基蓝溶液。
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