CN109759095B - 一种BiOBr空心纤维、制备方法及其作为光催化剂在光降解染料中的应用 - Google Patents

一种BiOBr空心纤维、制备方法及其作为光催化剂在光降解染料中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种BiOBr空心纤维的制备方法,包括以下步骤:1)将聚酯纤维置于水中,在超声震动环境中向水中加入Bi(NO3)3·5H2O,按照Bi和Br摩尔比为1:1的比例加入NaBr溶液;2)将混合溶液中的纤维取出,加入到强碱溶液中进行化学刻蚀;3)将化学刻蚀后,强碱溶液中的沉淀物洗涤至中性,烘干得到BiOBr空心纤维。本发明公开了一种BiOBr空心纤维,由片状BiOBr组成的空心纤维结构;本发明公开了该BiOBr空心纤维作为催化剂在降解染料中的应用,作为光催化剂能够降解纺织印染用染料,且光催化降解后易于回收,具有较好的环境净化效果。

Description

一种BiOBr空心纤维、制备方法及其作为光催化剂在光降解染 料中的应用
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域,涉及一种BiOBr空心纤维、制备方法及其作为光催化剂在光降解染料中的应用。
背景技术
BiOBr是一种具有层状结构和高可见光活性的光催化材料,在染料降解中表现出比传统光催化剂TiO2有更优异的降解特性。目前,已报道的BiOBr多为片状或由片状组合形成的BiOBr球,在染料降解过程中,光催化剂易团聚,相对比表面减小,不利于光催化剂对光的吸收和有效的光生载流子发挥作用。通过将光催化剂以一定方式定向排列,可有效解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点,提供一种BiOBr空心纤维、制备方法及其作为光催化剂在光降解染料中的应用。
为达到上述目的,本发明采用以下技术方案予以实现:
一种BiOBr空心纤维的制备方法,包括以下步骤:
1)将聚酯纤维置于水中,在超声震动环境中向含有聚酯纤维的水中加入Bi(NO3)3·5H2O,超声时间大于等于10min后,加入NaBr溶液得到混合液;其中,混合液中Bi(NO3)3·5H2O和NaBr的摩尔比为1:1;
2)将步骤1)中的聚酯纤维从混合液中取出后加入强碱溶液进行化学刻蚀;
3)将化学刻蚀后得到的沉淀物洗涤直至中性,烘干后得到BiOBr空心纤维。
进一步的,步骤1)中采用超声功率为300W,超声频率为40-80kHz。
进一步的,混合液内的Bi(NO3)3·5H2O的浓度为1mmol/L。
进一步的,步骤1)中,加入NaBr溶液的浓度为20-40mmol/L。
进一步的,步骤2)中强碱溶液的浓度为1-2mol/L。
进一步的,步骤2)中,化学刻蚀时间为10-30min。
进一步的,步骤2)中强碱溶液为NaOH或KOH。
一种BiOBr空心纤维,由片状BiOBr构成一维空心纤维。
进一步的,空心纤维长度为10-20μm,直径为2-5μm,空心纤维内径为1-2μm。
一种BiOBr空心纤维,作为光催化剂在降解染料中的应用。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明的BiOBr空心纤维的制备方法以价格低廉的聚酯纤维为模板,以强碱为化学刻蚀剂,具有操作简便、成本低廉,适合于工业化生产的特点;
本发明的制备方法制得的BiOBr空心纤维具有空心纤维结构,可有效减少传统片状或球状BiOBr在光催化降解过程中的团聚现象;BiOBr沿纤维轴向排列,在光催化过程中,有利于BiOBr对光的吸收,提高光催化降解性能;BiOBr空心纤维对多种纺织印染染料有较高的降解率,且光催化降解后,BiOBr空心纤维易于回收;采用本方法制得的BiOBr空心纤维具有较好的环境净化效果。
附图说明
图1为本发明的实施例1所制备的BiOBr空心纤维的XRD图谱;
图2为本发明在实施例1所制备的BiOBr空心纤维的形貌表征,a为BiOBr空心纤维的SEM图,b为BiOBr空心纤维的EDS图谱;
图3为本发明的实施例1制备的BiOBr空心纤维对三种染料溶液的光催化降解效果图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,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他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
实施例1
1)将聚酯纤维置于100mL去离子水中,在超声功率为300W,超声频率为45kHz的超声震动环境中向去离子水中加入Bi(NO3)3·5H2O,超声震动10min后,加入50mL浓度为20mmol/L的NaBr溶液,得到混合液,混合液中Bi(NO3)3·5H2O的浓度为1mmol/L;
超声震动环境是将烧杯放入超声波清洗器,目的是在BiOBr成核时,实现BiOBr快速分离,抑制BiOBr的生长和团聚,保证片状BiOBr在聚酯纤维上面均匀分布。
2)将步骤1)中的纤维取出后,置于100mL浓度为1mol/L的NaOH溶液中,化学刻蚀30min,聚酯纤维在碱性环境被完全刻蚀;
3)将化学刻蚀后,NaOH溶液中的沉淀物取出后经去离子水多次水洗直至中性后烘干,即可得到一维空心结构BiOBr空心纤维。
参见图1,图1为本发明在实施例1条件下所制备的空心结构BiOBr空心纤维的XRD图谱。从图1可以看出,所制备的BiOBr呈四方相(参照JCPDS 73-2061),结晶度良好,无杂相生成。
参见图2,图2为本发明在实施例1条件下所制备的空心结构BiOBr空心纤维的SEM照片和EDS图谱,从图2(a)可以看出,BiOBr片延聚酯纤维模板生长,经NaOH刻蚀聚酯纤维模板,聚酯纤维溶解,生长在其上的BiOBr片形成了空心纤维,统计得知长度为10-20μm,直径为2-5μm,空心纤维内径为1-2μm;图2(b)中的EDS测试表明,所制备的一维空心结构BiOBr空心纤维中Bi和Br的摩尔比为28.39:28.43,接近于BiOBr中Bi和Br的化学计量比(1:1),结合XRD测试表明:采用本发明方法制备了纯相的一维空心结构BiOBr空心纤维。
参见图3,图3是本发明在实施例1条件下所制备的空心结构BiOBr空心纤维在可见光照射下60min,对浓度均为20mg/L的三种染料溶液的光催化降解效果图;降解实验选用的有直接染料(直接黄3B)、弱酸性染料(弱酸性艳蓝A)和分散染料(分散红),分别为纺织印染加工中常用于纤维素纤维、蛋白质纤维和合成纤维染色的染料。从图3可以看出,空心结构BiOBr空心纤维对三种染料均具有良好的可见光降解效果。可见光照射下60min,空心结构BiOBr空心纤维对直接染料(直接黄3B)、弱酸性染料(弱酸性艳蓝A)和分散染料(分散红)的降解率分别为98.25%、99.31%和98.01%。
实施例2
1)将聚酯纤维置于100mL去离子水中,在超声功率为300W,超声频率为40kHz的超声震动环境中向去离子水中加入Bi(NO3)3·5H2O,超声震动20min后,加入40mL浓度为25mmol/L的NaBr溶液,得到混合液,混合液中Bi(NO3)3·5H2O的浓度为1mmol/L;
2)将步骤1)中的纤维取出后,置于100mL浓度为1.5mol/L的KOH溶液中,化学刻蚀20min,聚酯纤维在碱性环境被完全刻蚀;
3)将化学刻蚀后,KOH溶液中的沉淀物经去离子水多次水洗直至中性后烘干,即可得到一维空心结构BiOBr空心纤维。
实施例3
1)将聚酯纤维置于100mL去离子水中,在超声功率为300W,超声频率为80kHz的超声震动环境中向去离子水中加入1mmol Bi(NO3)3·5H2O,超声震动30min后,加入25mL浓度为40mmol/L的NaBr溶液;
2)将步骤1)中的纤维取出后,置于100mL浓度为2mol/L的KOH溶液中,化学刻蚀10min,聚酯纤维在碱性环境被完全刻蚀;
3)将化学刻蚀后,KOH溶液中的沉淀物取出后经去离子水多次水洗直至中性后烘干,即可得到一维空心结构BiOBr空心纤维。
以上内容仅为说明本发明的技术思想,不能以此限定本发明的保护范围,凡是按照本发明提出的技术思想,在技术方案基础上所做的任何改动,均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种BiOBr空心纤维的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将聚酯纤维置于水中,在超声震动环境中向含有聚酯纤维的水中加入Bi(NO3)3·5H2O,超声时间大于等于10min后,加入NaBr溶液得到混合液;其中,混合液中Bi(NO3)3·5H2O和NaBr的摩尔比为1:1;
2)将步骤1)中的聚酯纤维从混合液中取出后加入强碱溶液进行化学刻蚀;
3)将化学刻蚀后得到的沉淀物洗涤直至中性,烘干后得到BiOBr空心纤维;
所述强碱溶液的浓度为1-2mol/L;
化学刻蚀时间为10-30min;
所述强碱溶液为NaOH或KOH。
2.根据权利要求1所述的BiOBr空心纤维的制备方法,其特征在于,步骤1)中采用超声功率为300W,超声频率为40-80kHz。
3.根据权利要求1所述的BiOBr空心纤维的制备方法,其特征在于,步骤1)中,混合液内的Bi(NO3)3·5H2O的浓度为1mmol/L。
4.根据权利要求1或3所述的BiOBr空心纤维的制备方法,其特征在于,步骤1)中,加入NaBr溶液的浓度为20-40mmol/L。
5.一种BiOBr空心纤维,其特征在于,由片状BiOBr构成一维空心纤维其特征在于,空心纤维长度为10-20μm,直径为2-5μm,空心纤维内径为1-2μm。
6.一种根据权利要求5所述的BiOBr空心纤维,其特征在于,作为光催化剂在降解染料中的应用。
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