CN112044453A - 一种超薄Bi4O5I2纳米片催化剂及其制备方法与应用 - Google Patents
一种超薄Bi4O5I2纳米片催化剂及其制备方法与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112044453A CN112044453A CN202011046556.6A CN202011046556A CN112044453A CN 112044453 A CN112044453 A CN 112044453A CN 202011046556 A CN202011046556 A CN 202011046556A CN 112044453 A CN112044453 A CN 112044453A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- solution
- stirring
- catalyst
- acetic acid
- bismuth
- 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.)
- Granted
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 claims abstract description 27
- NLKNQRATVPKPDG-UHFFFAOYSA-M potassium iodide Chemical compound [K+].[I-] NLKNQRATVPKPDG-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 25
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 24
- FVAUCKIRQBBSSJ-UHFFFAOYSA-M sodium iodide Chemical compound [Na+].[I-] FVAUCKIRQBBSSJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 21
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 150000001621 bismuth Chemical class 0.000 claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 8
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims abstract description 7
- 235000009518 sodium iodide Nutrition 0.000 claims abstract description 7
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 4
- FBXVOTBTGXARNA-UHFFFAOYSA-N bismuth;trinitrate;pentahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.[Bi+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O FBXVOTBTGXARNA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- JHXKRIRFYBPWGE-UHFFFAOYSA-K bismuth chloride Chemical compound Cl[Bi](Cl)Cl JHXKRIRFYBPWGE-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 2
- 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 claims description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 2
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 claims 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 238000005286 illumination Methods 0.000 abstract description 4
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000002288 cocrystallisation Methods 0.000 abstract description 2
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 abstract description 2
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 abstract description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 10
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 9
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 7
- ISPYQTSUDJAMAB-UHFFFAOYSA-N 2-chlorophenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1Cl ISPYQTSUDJAMAB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 6
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 6
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 5
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 5
- 238000004729 solvothermal method Methods 0.000 description 5
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 4
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 4
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 4
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000004435 EPR spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- MYSWGUAQZAJSOK-UHFFFAOYSA-N ciprofloxacin Chemical compound C12=CC(N3CCNCC3)=C(F)C=C2C(=O)C(C(=O)O)=CN1C1CC1 MYSWGUAQZAJSOK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);titanium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Ti+4] SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 description 1
- -1 bisphenol a Chemical compound 0.000 description 1
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 1
- YHWCPXVTRSHPNY-UHFFFAOYSA-N butan-1-olate;titanium(4+) Chemical compound [Ti+4].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-] YHWCPXVTRSHPNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 229960003405 ciprofloxacin Drugs 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- DCOPUUMXTXDBNB-UHFFFAOYSA-N diclofenac Chemical compound OC(=O)CC1=CC=CC=C1NC1=C(Cl)C=CC=C1Cl DCOPUUMXTXDBNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960001259 diclofenac Drugs 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 239000000598 endocrine disruptor Substances 0.000 description 1
- 231100000049 endocrine disruptor Toxicity 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000008204 material by function Substances 0.000 description 1
- 239000002207 metabolite Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002064 nanoplatelet Substances 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000643 oven drying Methods 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 230000002688 persistence Effects 0.000 description 1
- 239000000575 pesticide Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 229960005404 sulfamethoxazole Drugs 0.000 description 1
- JLKIGFTWXXRPMT-UHFFFAOYSA-N sulphamethoxazole Chemical compound O1C(C)=CC(NS(=O)(=O)C=2C=CC(N)=CC=2)=N1 JLKIGFTWXXRPMT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 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
Images
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
- B01J27/06—Halogens; Compounds thereof
-
- 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
- B01J35/40—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by dimensions, e.g. grain size
-
- 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
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/34—Organic compounds containing oxygen
- C02F2101/345—Phenols
-
- 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
- C02F2101/36—Organic compounds containing halogen
-
- 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
- C02F2101/38—Organic compounds containing nitrogen
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种超薄Bi4O5I2纳米片催化剂及其制备方法与应用。该超薄Bi4O5I2纳米片催化剂通过简易的室温共结晶法制备，包括如下制备步骤：(1)在水中加入氨水，搅拌，得到溶液A；(2)将一定量的碘化钾或碘化钠加入到上述溶液A，搅拌一段时间，得到溶液B；(3)将铋盐溶于稀醋酸溶液，并逐滴加入溶液B中，搅拌过夜，得到悬浊液C；(4)悬浊液C经离心、水洗、干燥后即可得到所述催化剂。本发明在中性室温可见光照条件下对难降解有毒有害有机污染物就具有很高的去除效率及光稳定性，且具有很好的固液分离效果。
Description
技术领域
本发明属于水处理功能材料领域，具体涉及一种超薄Bi4O5I2纳米片催化剂及其制备方法与应用。
背景技术
近年来，新兴污染物不断出现，包括医药品和个人护理品、农药、内分泌干扰素等物质，这些物质进入水体，经不断积累和富集，对水环境造成了严重的污染，水中污染物经过层层食物链最终危害人类的生命健康。有研究表明这些有机污染物及其代谢产物不仅具有毒性而且大多具有持久性和顽固性，利用传统物理化学手段或生物降解等水处理技术难以将其有效去除。
多相光催化氧化技术是一种不需要外加氧化剂的新型绿色节能水处理技术。目前阻碍该技术应用的瓶颈问题主要是：太阳能的利用率低，太阳能中紫外部分仅占4％，而可见光部分占43％，常规TiO2光催化剂仅能吸收紫外光，为了拓宽催化剂的光吸收范围，可见光催化剂得到了长足的发展，但目前国内外研制的可见光催化剂要么光催化效率低，要么光催化稳定性差，易于发生光腐蚀，这严重限制了可见光催化剂在实际水处理中的应用。
光催化剂的表面性质对于光生电荷的分离转移、污染物及其降解中间产物等分子在催化剂表面的吸脱附起着非常关键的作用。原子或分子级厚度的二维片状纳米材料相比块体材料具有比表面积更大、活性位点更多、电荷分离更快的特性。因此，开发高效稳定的二维纳米可见光催化剂对于水处理实际应用意义重大。
发明内容
本发明的目的是提供一种高活性、稳定可循环利用的超薄Bi4O5I2纳米片催化剂及其制备方法与应用，该催化剂为超薄Bi4O5I2纳米片(厚度约5nm)，通过简易的室温共结晶法制备，Bi4O5I2表面形成氧空位，促使表面光生电荷快速分离并迁移到表面发生反应，相比标准可见光催化剂N-TiO2和溶剂热法制备的Bi4O5I2薄片，其光催化效率分别提高了9.5和2.5倍。此外，实验证明超薄Bi4O5I2纳米片在光照下非常稳定，易于分离、可循环利用。解决目前可见光催化体系存在的催化活性差、太阳能转化效率低以及光稳定性差等问题。
本发明提供的超薄Bi4O5I2纳米片催化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)在水中加入氨水，搅拌，得到溶液A；
(2)将一定量的碘化钾或碘化钠加入到上述溶液A，搅拌一段时间，得到溶液B；
(3)将铋盐溶于稀醋酸溶液，并逐滴加入溶液B中，搅拌过夜，得到悬浊液C；
(4)悬浊液C经离心、水洗、干燥后得到所述超薄Bi4O5I2纳米片催化剂。
上述的制备方法，步骤(1)中，每148mL水中加入2～2.3ml的氨水，具体可为每148mL水中加入2.3ml氨水；所述搅拌的转速可为450～700转/分钟，具体可为450转/分钟。
上述的制备方法，步骤(2)中，所述碘化钾或碘化钠的摩尔量为0.4～0.6mmol，具体可为0.6mmol；所述搅拌的转速可为450～700转/分钟，具体可为450转/分钟，时间可为30～50分钟，具体可为40分钟。
上述的制备方法，步骤(3)中，所述铋盐稀醋酸溶液与所述溶液B的体积比为1:(10～18)，具体可为1：15；所述铋盐稀醋酸溶液中，以五水合硝酸铋计，所述铋盐的质量体积浓度为0.02～0.03g/mL，具体可为0.025g/mL，所述铋盐可为硝酸铋(具体可以五水合硝酸铋的形式进行添加)或氯化铋。
上述的制备方法，步骤(3)中，所述搅拌过夜在温度25～35℃(如25℃)的条件下进行，转速可为450～700转/分钟，具体可为450转/分钟，时间可为10～16小时，具体可为15小时。
上述的制备方法，步骤(4)中，所述离心的转速可为5000～8000rpm条件下进行，具体可为8000rpm，时间可为3～6分钟，具体可为3分钟；所述水洗的次数可为5～8遍，具体可为6遍，洗至pH值中性为宜；所述干燥在常规空气条件下，温度可为50～70℃，具体可为60℃，时间可为8～10小时，具体可为8小时。
上述的制备方法，所述方法在步骤(4)中所述干燥之后还包括将所述催化剂研磨，得粉末的步骤。
由上述的制备方法制备得到的超薄Bi4O5I2催化剂，也在本发明的保护范围内，该催化剂是一种橙黄色的固体粉末；超薄Bi4O5I2纳米片的厚度约为5nm，表面存在大量氧空位；需在液体环境中与太阳光或人工光照联合使用(光照具体也可为波长大于400纳米的可见光)，形成光催化体系。
超薄Bi4O5I2纳米片催化剂在下述1)-3)中的至少一种的应用，也在本发明的保护范围内：
1)高效处理不同类型有机污染物；
2)增强在有机污染物处理过程中耐光腐蚀、可重复循环利用能力；
3)提高有机污染物处理后Bi4O5I2的固液分离能力。
上述的应用中，所述有机污染物可为苯酚、双酚A、2-氯酚、磺胺甲恶唑、环丙沙星、双氯芬酸的任一种。
上述的应用中，所述有机污染物的浓度可为5～100mg/L。
本发明与现有光催化体系相比具有以下优势：
(1)本发明去除有机污染物的效率很高，相比标准可见光催化剂N-TiO2和溶剂热法制备的Bi4O5I2纳米片，其光催化效率分别提高了9.5和2.5倍。；
(2)本发明在去除有机污染物的过程中具有很好的稳定性，无明显结构变化；
(3)本发明制备方法简易，只需室温搅拌即可，且没有贵金属等掺杂，成本低廉，操作简单。
附图说明
图1为实施例1中制备得到的超薄Bi4O5I2纳米片的XRD谱图。
图2为实施例1中制备得到的超薄Bi4O5I2纳米片的扫描电镜的照片。
图3为实施例1中制备得到的超薄Bi4O5I2纳米片的电子自旋共振谱图。
图4为实施例1中制备得到的超薄Bi4O5I2纳米片对于2-氯酚的催化去除效果。
图5为实施例1中制备得到的超薄Bi4O5I2纳米片对于2-氯酚降解的循环反复利用活性评价图。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1、可见光催化剂的制备及应用实验
一、制备
按照如下步骤制备超薄Bi4O5I2纳米片催化剂：
(1)将2.3mL氨水加入到148mL超纯水中，搅拌(转速为450转/分钟)，形成溶液A；
(2)将0.6mmol碘化钾或碘化钠加入到上述溶液A，搅拌40分钟(转速为450转/分钟)，得到溶液B；
(3)将0.25g五水合硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)溶入10mL稀醋酸溶液中，并将该溶液逐滴加入溶液B中，搅拌过夜(搅拌时间15小时，转速为450转/分钟)，得到悬浊液C；
(4)将悬浊液C，8000rpm离心，并用超纯水清洗至中性(约洗涤6遍，每次离心时间3分钟)，60℃烘箱干燥8小时，在玛瑙研钵中充分研磨成粉末，即得到目标材料—超薄Bi4O5I2纳米片催化剂。
对比例1、
按照如下步骤制备Bi4O5I2薄片(溶剂热法)：
(1)将0.728g五水合硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)和0.498g碘化钾(KI)在室温搅拌下顺序溶入35mL乙二醇中，形成溶液A；
(2)用2mol/L的氢氧化钠(NaOH)将溶液A的pH值调至9，形成混合物B；
(3)将混合物B转移到45mL高压釜，150℃热处理12小时；冷却至室温后，离心，用超纯水和无水乙醇交替洗涤数次，60℃烘箱干燥，得到固体C；将固体C在玛瑙研钵中充分研磨成粉末即得到Bi4O5I2薄片。
对比例2、
按照如下步骤制备氮掺杂纳米二氧化钛(N-TiO2)：
(1)将3.0mL硝酸加入到100mL超纯水中，形成溶液A；
(2)15mL钛酸四丁酯逐滴加入到溶液A中，剧烈搅拌4小时(转速为600转/分钟)后，得到半透明溶胶B；
(3)半透明溶胶B中加入30mL正丙醇，搅拌至半透明溶胶完全变成透明溶液后，加入尿素(25％w/v)，混合均匀后，转移至100℃烘箱中，干燥得到固体C；
(4)将固体C研磨均匀后，转移至马弗炉中焙烧，升温速率5℃/min，在450℃下焙烧2小时，自然降至室温后形成固体D；将固体D在玛瑙研钵中充分研磨成粉末，即得到N-TiO2。
二、表征
图1为实施例1中制备得到的超薄Bi4O5I2纳米片、溶剂热法制备得到的Bi4O5I2薄片的XRD对比谱图，由该图可以看出，本实施例制备得到的催化剂具备明显的Bi4O5I2的特征晶面峰。
图2为实施例1中制备得到的超薄Bi4O5I2纳米片、溶剂热法制备得到的Bi4O5I2薄片的扫描电镜对比图，证实超薄Bi4O5I2纳米片的厚度约为5nm。
图3为实施例1中制备得到的超薄Bi4O5I2纳米片的电子自旋共振谱图，证实超薄Bi4O5I2纳米片表面存在大量氧空位。
三、应用实验
将0.1g上述合成的催化剂投入60mL污染物溶液中，避光条件下搅拌30分钟，待污染物和催化剂之间达到吸附平衡后，开始照光(氙灯，加420nm截止滤光片)反应，在不同的时间点取样检测污染物的浓度及TOC浓度。
图4反映了该催化剂与溶剂法得到的Bi4O5I2薄片和N-TiO2在中性、可见光照条件下对于2-氯酚的去除效果对比图。从图中可以看出，超薄Bi4O5I2纳米片可见光催化剂对于2-氯酚的催化降解速率分别是Bi4O5I2薄片和N-TiO2的2.5和9.5倍。
待可见光催化反应结束后将催化剂滤出并用去离子水洗去表面吸附的污染物，在60℃下烘干后，重复上面的可见光催化反应步骤，考察超薄Bi4O5I2纳米片可见光催化剂的循环反复利用活性。图5展示了该催化剂对于催化降解2-氯酚的循环反复利用活性评价图。从图中可以看出，催化剂循环使用5次，催化效果无明显变化，可以应用于实际水体的处理。
Claims (6)
1.一种超薄Bi4O5I2纳米片催化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)在水中加入氨水，搅拌，得到溶液A，其浓度为2～2.3mL氨水/148mL水；
(2)将一定量的碘化钾或碘化钠加入到上述溶液A，搅拌一段时间，得到浓度为2.7～4.0mmol/L的含碘盐溶液B；
(3)将铋盐溶于稀醋酸溶液，以五水合硝酸铋计，得到浓度为0.02～0.03g/mL的铋盐稀醋酸溶液，并逐滴加入溶液B中，在温度25～35℃的条件下搅拌过夜，得到悬浊液C；
(4)将悬浊液C离心、水洗、空气烘箱干燥后即可得到所述超薄Bi4O5I2催化剂；
铋盐的溶解介质为稀醋酸；其原料的投加顺序为碘化钾或碘化钠加入到溶液A的顺序，以及溶于稀醋酸的铋盐溶液加入到溶液B的顺序。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述搅拌的转速为450～700转/分钟。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述碘化钾或碘化钠的摩尔量为0.4～0.6mmol；所述搅拌的转速为450～700转/分钟，时间为30～50分钟。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述铋盐稀醋酸溶液与所述溶液B的体积比为1:(10～18)；所述铋盐稀醋酸溶液中，以五水合硝酸铋计，所述铋盐的质量体积浓度为0.02～0.03g/mL，所述铋盐为硝酸铋或氯化铋；所述搅拌过夜在温度25～35℃的条件下进行，转速为450～700转/分钟，时间为10～16小时。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，所述干燥在空气条件下，温度为50～70℃，时间为8～10小时。
6.权利要求5所述的制备方法制备得到的超薄Bi4O5I2纳米片催化剂，该催化剂的特征在于：超薄Bi4O5I2纳米片(厚度约5nm)，表面存在大量氧空位，易于固液分离。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011046556.6A CN112044453B (zh) | 2020-09-29 | 2020-09-29 | 一种超薄Bi4O5I2纳米片催化剂及其制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011046556.6A CN112044453B (zh) | 2020-09-29 | 2020-09-29 | 一种超薄Bi4O5I2纳米片催化剂及其制备方法与应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112044453A true CN112044453A (zh) | 2020-12-08 |
| CN112044453B CN112044453B (zh) | 2023-10-31 |
Family
ID=73605017
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011046556.6A Active CN112044453B (zh) | 2020-09-29 | 2020-09-29 | 一种超薄Bi4O5I2纳米片催化剂及其制备方法与应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112044453B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104525226A (zh) * | 2014-12-25 | 2015-04-22 | 太原理工大学 | 一种光催化剂Bi4O5Br2的合成及应用方法 |
| CN106391063A (zh) * | 2016-09-14 | 2017-02-15 | 中国环境科学研究院 | BiOBr‑BiOI‑Fe3O4可见光响应的磁性光催化材料及其制备方法和用途 |
| CN109046433A (zh) * | 2018-08-31 | 2018-12-21 | 中国环境科学研究院 | g-C3N4/BiOBr光催化降解卡马西平的方法 |
| CN109174138A (zh) * | 2018-08-08 | 2019-01-11 | 江苏大学 | 一种Bi4O5I2超薄中空纳米管光催化剂的制备方法 |
-
2020
- 2020-09-29 CN CN202011046556.6A patent/CN112044453B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104525226A (zh) * | 2014-12-25 | 2015-04-22 | 太原理工大学 | 一种光催化剂Bi4O5Br2的合成及应用方法 |
| CN106391063A (zh) * | 2016-09-14 | 2017-02-15 | 中国环境科学研究院 | BiOBr‑BiOI‑Fe3O4可见光响应的磁性光催化材料及其制备方法和用途 |
| CN109174138A (zh) * | 2018-08-08 | 2019-01-11 | 江苏大学 | 一种Bi4O5I2超薄中空纳米管光催化剂的制备方法 |
| CN109046433A (zh) * | 2018-08-31 | 2018-12-21 | 中国环境科学研究院 | g-C3N4/BiOBr光催化降解卡马西平的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| GONGJUAN WU等: ""Facile aqueous synthesis of Bi4O5Br nanosheets for improved visible-light photocatalytic activity"" * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112044453B (zh) | 2023-10-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wu et al. | Facile preparation of BiOX (X= Cl, Br, I) nanoparticles and up-conversion phosphors/BiOBr composites for efficient degradation of NO gas: oxygen vacancy effect and near infrared light responsive mechanism | |
| Bera et al. | Synthesis of α-β Bi2O3 heterojunction photocatalyst and evaluation of reaction mechanism for degradation of RhB dye under natural sunlight | |
| Chen et al. | Fabrication of Ce/N co-doped TiO2/diatomite granule catalyst and its improved visible-light-driven photoactivity | |
| CN100398201C (zh) | 钒酸铋负载氧化钴的复合光催化剂及其制备方法 | |
| CN105854863B (zh) | 一种C/ZnO/TiO2复合纳米光催化材料的制备方法 | |
| CN104646066B (zh) | 一种聚合物/二氧化钛多元复合光催化薄膜的制备方法 | |
| CN105148964B (zh) | 一种三维还原氧化石墨烯‑Mn3O4/MnCO3纳米复合材料及其制备方法 | |
| CN102350354A (zh) | 一种磁载二氧化钛光催化剂及其制备方法 | |
| CN112495415B (zh) | 一种纳米管催化材料及其制备方法和用途 | |
| CN111111727A (zh) | 一种三元磁性复合可见光催化纳米材料及其制备方法与应用 | |
| CN1846846A (zh) | 纳米改性光催化竹炭 | |
| CN108079993B (zh) | 氧化亚铁/氧化亚铜纳米复合材料的制备方法 | |
| CN114733519A (zh) | 一种纳米银/石墨烯/纳米二氧化钛复合材料的制备方法 | |
| Zhao et al. | High-gravity photocatalytic degradation of tetracycline hydrochloride under simulated sunlight | |
| CN110354845A (zh) | 一种碳纳米点修饰的钨酸铋光催化剂及其制备方法和应用 | |
| Li et al. | Visible light assisted heterogeneous photo-Fenton-like degradation of Rhodamine B based on the Co-POM/N-TiO2 composites: Catalyst properties, photogenerated carrier transfer and degradation mechanism | |
| CN115155624B (zh) | 用于可见光催化除醛的异质结复合材料及其制备方法以及可见光催化降解VOCs的方法 | |
| CN113101980A (zh) | 一种具有可见光催化活性的TiO2/UiO-66复合材料的制备方法和应用 | |
| CN107081148A (zh) | 制备空气净化材料的方法和通过该方法制得的空气净化材料 | |
| CN112044453B (zh) | 一种超薄Bi4O5I2纳米片催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN111229200A (zh) | 一种氧化铋改性Ti3+自掺杂TiO2异质结光催化剂的制备方法 | |
| CN112108166B (zh) | 一种超薄Bi4O5Br2/Bi2O2CO3可见光催化剂及其制备方法与应用 | |
| Gao et al. | Engineered inverse opal structured semiconductors for solar light-driven environmental catalysis | |
| CN113578364B (zh) | 一种分子印记光催化材料及其制备方法和应用 | |
| CN105562039A (zh) | 一种碲酸钛光催化剂、制备方法及其应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |