CN108525681B - 一种高效降解NO的玻璃纤维布原位负载BiOCl光催化材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高效降解NO的玻璃纤维布原位负载BiOCl光催化材料，由玻璃纤维布和玻璃纤维布上原位生长的BiOCl层组成，其中所述BiOCl层由BiOCl纳米片密集组装得到。其制备方法为：1)将玻璃纤维布用氢氟酸溶液浸泡后洗净、烘干待用；2)将玻璃纤维布置于五水硝酸铋的饱和溶液中浸泡后，取出，控干表面附着的溶液；3)将步骤2)所得玻璃纤维布置于氯化钾溶液中浸泡后，取出，控干表面附着的溶液；4)重复步骤2)和步骤3)，最后将玻璃纤维布干燥得到基于玻璃纤维布的BiOCl光催化材料。
Description
技术领域
本发明属于无机材料技术领域，具体涉及一种基于玻璃纤维布的BiOCl光催化材料及其制备方法。
背景技术
氯氧铋是一种无机材料，多用于颜料市场。最近氯氧铋作为一种新型的光催化剂，吸引了人们的广泛关注。已有研究表明，氯氧铋在全光光照射下具有比商业二氧化钛P25等催化剂更好的光催化活性。中国专利CN101879455B提供了一种光催化剂氯氧铋，将氯氧铋用于光催化氧化水中有机物，研究结果表明该氯氧铋光催化剂具有较好的光催化活性，在太阳光、模拟太阳光照射下与已商业化的P25光催化剂效果相当；在紫外光照射下，光催化效果略高于已商业化的二氧化钛P25光催化剂。
目前催化反应过程中使用的催化剂氯氧铋通常以粉体形式存在，一方面无法有效地分离回收，容易造成浪费，另一方面其催化活性也有待提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种高效降解NO的玻璃纤维布原位负载BiOCl光催化材料及其制备方法，该光催化材料采用原位生长的方法制备，氯氧铋颗粒稳定附着于玻璃纤维布表面，该光催化材料对NO具有很高的光催化降解活性且多次循环使用活性仍得到保持。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
提供一种高效降解NO的玻璃纤维布原位负载BiOCl光催化材料，由玻璃纤维布和玻璃纤维布上原位生长的BiOCl层组成，其中所述BiOCl层由BiOCl纳米片密集组装得到。
按上述方案，BiOCl层厚度为0.5～1μm。
按上述方案，BiOCl纳米片的直径20～200nm。
本发明还提供上述高效降解NO的玻璃纤维布原位负载BiOCl光催化材料的制备方法，其具体步骤如下：
1)将玻璃纤维布用氢氟酸溶液浸泡、洗净、烘干待用；
2)将玻璃纤维布置于五水硝酸铋溶液中浸泡后，取出；
3)将步骤2)所得玻璃纤维布置于氯化钾溶液中浸泡后，取出，除去表面附着的溶液；
4)重复步骤2)和步骤3)，最后将玻璃纤维布干燥得到高效降解NO的玻璃纤维布原位负载BiOCl光催化材料。
优选的是，步骤1)所述玻璃纤维布厚度为6-8mm。
按上述方案，步骤1)所述氢氟酸浓度为3～6％；浸泡时间为10～60分钟。
优选的是，步骤2)中五水硝酸铋溶液的浓度为2～10mmol/L；浸泡时间为8～12s。
优选的是，步骤3)中氯化钾溶液的浓度为2～10mmol/L；浸泡时间为8～20s。
优选的是，步骤4)中步骤2)和步骤3)的重复次数为50～120次。
本发明的有益效果：
本发明选用玻璃纤维布原位负载制备的BiOCl光催化材料催化活性高，且催化剂BiOCl与玻璃纤维布之间结合牢固，稳定性良好，光催化材料多次循环使用活性仍得到保持，循环性能好；玻璃纤维布作为一种优良的无机非金属材料，强度高、耐酸碱、适合大大规模工业推广。
本发明采用原位负载方法制备BiOCl光催化材料，制备方法简单，无需复杂设备，反应条件温和易控，便于规模化生产，具有良好的经济效益。进一步地，通过调控原位负载次数可控制载体材料负载催化剂的量。本发明的原位负载法与其他负载方法如水(溶剂)热法相比，操作简单，催化剂分布均匀，并且催化剂负载牢固，催化活性和稳定性良好；无需其他任何辅助成分使用，制备的BiOCl光催化材料光催化活性非常好，适用于环境污染治理等领域。
附图说明
图1为本发明实施例1所用玻璃纤维布中玻璃纤维丝的扫描电子显微镜照片；
图2为实施例1所制备的高效降解NO的玻璃纤维布原位负载BiOCl光催化材料的扫描电子显微镜照片(放大3000倍)；
图3为实施例1所制备的高效降解NO的玻璃纤维布原位负载BiOCl光催化材料的扫描电子显微镜照片(放大10000倍)；
图4为实施例1所制备的玻璃纤维布负载的氯氧铋的XRD图；
图5为实施例1所制备的高效降解NO的玻璃纤维布原位负载BiOCl光催化材料(氯氧铋负载量0.1g)与0.1g氯氧铋粉体对照样在模拟太阳光作用下的NO气体浓度/初始浓度-时间变化对比图。
图6为实施例1所制备的高效降解NO的玻璃纤维布原位负载BiOCl光催化材料在模拟太阳光作用下多次循环使用的NO气体浓度/初始浓度-时间变化曲线图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
实施例1
制备一种高效降解NO的玻璃纤维布原位负载BiOCl光催化材料，具体步骤如下：
步骤1、将玻璃纤维布用浓度为3％的氢氟酸浸泡60分钟；
步骤2、将玻璃纤维布用去离子水和乙醇各洗两次后烘干；
步骤3、将7mmol五水硝酸铋加入去离子水中配成1L溶液，搅拌至五水硝酸铋不再溶解；
步骤4、将7mmol氯化钾加入去离子水中，搅拌至氯化钾完全溶解，配成1L溶液；
步骤5、取步骤1所得的玻璃纤维布浸泡在步骤2配成的溶液中，10秒后取出，放在滤纸上吸去表面溶液；
步骤6、将步骤4吸去表面溶液的玻璃纤维布浸泡在步骤3配成的溶液中，10秒后取出，放在滤纸上吸去表面溶液；
步骤7、重复步骤4和步骤5各50次；
步骤8、最后把玻璃纤维布放在70℃下干燥5小时得到高效降解NO的玻璃纤维布原位负载BiOCl光催化材料。
将本实施例制备的光催化材料放在水中用超声仪超声1个小时，玻璃纤维布上负载的催化剂的量没有发生变化，说明氯氧铋与玻璃纤维布之间附着力良好。
如图1所示为本发明实施例所用玻璃纤维布中玻璃纤维丝的扫描电子显微镜照片。
图2和图3为本实施例制备的高效降解NO的玻璃纤维布原位负载BiOCl光催化材料的扫描电子显微镜照片，图1可看出：玻璃纤维丝的直径为15μm，负载催化剂后玻璃纤维丝的直径变为16.5μm，见图2，由此说明负载在玻璃丝表面的BiOCl厚度约为0.75μm。
由图3可以看到玻璃纤维表面的负载BiOCl层由直径20nm～200nm的BiOCl纳米片晶体密集组装得到。
图4为本实施例制备的玻璃纤维布负载氯氧铋的XRD图，可以看到衍射图谱中的BiOCl特征峰与氯氧铋标准衍射图谱(BiOCl，JCPDS 1-600)的峰值吻合，BiOCl的晶型并未因负载而发生变化。
在体积为4.5升(30cm×15cm×10cm)的反应器中，对比催化剂量相同时本实施例所制备的催化剂材料(氯氧铋负载量0.1g)与0.1g粉体氯氧铋(粒径分布20-200nm)的光催化降解性能，NO初始浓度为600ppm，圆形模拟太阳光直径为9cm，图5为本实施例所制备的高效降解NO的玻璃纤维布原位负载BiOCl光催化材料与氯氧铋粉体在模拟太阳光作用下的NO气体浓度/初始浓度-时间变化对比图，可以看出在氯氧铋用量相同的条件下，本实施例制备的玻璃纤维布负载BiOCl光催化材料催化活性更好，10分钟内就可以使NO浓度降低到初始浓度的20％以下。氯氧铋粉体催化剂使用过程中常会由于上层催化剂对于光的遮挡导致下层催化剂无法感受到光照，活性差。本发明提供的玻璃纤维布原位负载氯氧铋催化剂可很好地避免此问题，具有优异的NO催化活性。
图6为本实施例所制备的高效降解NO的玻璃纤维布原位负载BiOCl光催化材料在模拟太阳光作用下多次循环使用的NO气体浓度/初始浓度-时间变化曲线图，可以看到5次循环使用后光催化材料仍可以保持良好的活性，说明其稳定性良好。
实施例2
制备一种高效降解NO的玻璃纤维布原位负载BiOCl光催化材料，具体步骤如下：
步骤1、将玻璃纤维布用浓度为4％的氢氟酸溶液浸泡30分钟；
步骤2、将玻璃纤维布用去离子水和乙醇各洗两次后烘干；
步骤3、将5mmol五水硝酸铋加入去离子水中配成1L溶液，搅拌至五水硝酸铋不再溶解；
步骤4、将5mmol氯化钾加入去离子水中，搅拌至氯化钾完全溶解，配成1L溶液；
步骤5、取步骤2所得的玻璃纤维布浸泡在步骤3配成的溶液中，20秒后拿取出放在滤纸上吸去表面溶液；
步骤6、将步骤4吸去表面溶液的玻璃纤维布浸泡在步骤3配成的溶液中，20秒后取出放在滤纸上吸去表面溶液；
步骤7、重复步骤4和步骤5，重复次数各100次；
步骤8、最后把玻璃纤维布放在70℃下干燥8h得到玻璃纤维布原位负载BiOCl光催化材料。
本实施例制备的玻璃纤维布原位负载BiOCl光催化材料由玻璃纤维布和玻璃纤维布上原位生长的BiOCl层组成，玻璃纤维表面的负载BiOCl层由直径20nm～200nm的BiOCl纳米片晶体密集组装得到。
实施例3
制备一种高效降解NO的玻璃纤维布原位负载BiOCl光催化材料，具体步骤如下：
步骤1、将玻璃纤维布用浓度为5％的氢氟酸溶液浸泡20分钟；
步骤2、将玻璃纤维布用去离子水和乙醇各洗两次后烘干；
步骤3、将10mmol五水硝酸铋加入去离子水中配成1L溶液，搅拌至五水硝酸铋不再溶解；
步骤4、将10mmol氯化钾加入去离子水中，搅拌至氯化钾完全溶解，配成1L溶液；
步骤5、取步骤1所得的玻璃纤维布浸泡在步骤2配成的溶液中，10秒后拿取出放在滤纸上吸去表面溶液；
步骤6、将步骤4吸去表面溶液的玻璃纤维布浸泡在步骤3配成的溶液中，10秒后取出放在滤纸上吸去表面溶液；
步骤7、重复步骤4和步骤5，重复次数80次；
步骤8、最后把玻璃棉放在70℃下干燥10h得到玻璃纤维布原位负载BiOCl光催化材料。
本实施例制备的玻璃纤维布原位负载BiOCl光催化材料由玻璃纤维布和玻璃纤维布上原位生长的BiOCl层组成，玻璃纤维表面的负载BiOCl层由直径20nm～200nm的BiOCl纳米片晶体密集组装得到。
实施例4
制备一种高效降解NO的玻璃纤维布原位负载BiOCl光催化材料，具体步骤如下：
步骤1、将玻璃纤维布用浓度为6％的氢氟酸溶液浸泡10分钟；
步骤2、将玻璃纤维布用去离子水和乙醇各洗两次后烘干；
步骤3、将2.5mmol五水硝酸铋加入去离子水中配成1L溶液，搅拌至五水硝酸铋不再溶解；
步骤4、将2.5mmol氯化钾加入去离子水中，搅拌至氯化钾完全溶解，配成1L溶液；
步骤5、取步骤1所得的玻璃纤维布浸泡在步骤2配成的溶液中，10秒后拿取出放在滤纸上吸去表面溶液；
步骤6、将步骤4吸去表面溶液的玻璃纤维布浸泡在步骤3配成的溶液中，10秒后取出放在滤纸上吸去表面溶液；
步骤7、重复步骤4和步骤5，重复次数100次；
步骤8、把玻璃纤维布放在70℃下干燥7h得到玻璃纤维布原位负载BiOCl光催化材料。
本实施例制备的玻璃纤维布原位负载BiOCl光催化材料由玻璃纤维布和玻璃纤维布上原位生长的BiOCl层组成，玻璃纤维表面的负载BiOCl层由直径20nm～200nm的BiOCl纳米片晶体密集组装得到。
Claims (9)
1.一种高效降解NO的玻璃纤维布原位负载BiOCl光催化材料，其特征在于，其由玻璃纤维布和玻璃纤维布上原位生长的BiOCl层组成，其中所述BiOCl层由BiOCl纳米片密集组装得到；
其制备方法具体步骤如下：
1）将玻璃纤维布用氢氟酸溶液浸泡、洗净、烘干待用；
2）将玻璃纤维布置于五水硝酸铋溶液中浸泡后，取出；
3）将步骤2）所得玻璃纤维布置于氯化钾溶液中浸泡后，取出，除去表面附着的溶液；
4）重复步骤2）和步骤3），最后将玻璃纤维布干燥得到高效降解NO的玻璃纤维布原位负载BiOCl光催化材料。
2.根据权利要求1所述的高效降解NO的玻璃纤维布原位负载BiOCl光催化材料，其特征在于，所述BiOCl层厚度为0.5～1μm。
3.根据权利要求1所述的高效降解NO的玻璃纤维布原位负载BiOCl光催化材料，其特征在于，所述BiOCl纳米片的直径为20～200nm。
4.一种权利要求1-3任一所述的高效降解NO的玻璃纤维布原位负载BiOCl光催化材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
1）将玻璃纤维布用氢氟酸溶液浸泡、洗净、烘干待用；
2）将玻璃纤维布置于五水硝酸铋溶液中浸泡后，取出；
3）将步骤2）所得玻璃纤维布置于氯化钾溶液中浸泡后，取出，除去表面附着的溶液；
4）重复步骤2）和步骤3），最后将玻璃纤维布干燥得到高效降解NO的玻璃纤维布原位负载BiOCl光催化材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤1）所述玻璃纤维布厚度为6～8mm。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤1）所述氢氟酸浓度为3～6%；浸泡时间为10～60分钟。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤2）中五水硝酸铋溶液的浓度为2~10mmol/L；浸泡时间为8~12s。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤3）中氯化钾溶液的浓度为2~10mmol/L；浸泡时间为8~20s。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤4）中步骤2）和步骤3）的重复次数为50~120次。
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| Visible-Light Photocatalytic Removal of NO in Air over BiOX (X = Cl,Br, I) Single-Crystal Nanoplates Prepared at Room Temperature;Wendong Zhang,et.al.;《Ind. Eng. Chem. Res.》;20130503;第52卷;第6740页第3段-最后1段 * |
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