CN113559902A - 花状氧化银/碳酸氧铋异质结及其制备方法和应用 - Google Patents
花状氧化银/碳酸氧铋异质结及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113559902A CN113559902A CN202110786992.5A CN202110786992A CN113559902A CN 113559902 A CN113559902 A CN 113559902A CN 202110786992 A CN202110786992 A CN 202110786992A CN 113559902 A CN113559902 A CN 113559902A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- flower
- heterojunction
- shaped
- mixing
- preparation
- 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
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- NDVLTYZPCACLMA-UHFFFAOYSA-N silver oxide Chemical compound [O-2].[Ag+].[Ag+] NDVLTYZPCACLMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 4
- 229910000014 Bismuth subcarbonate Inorganic materials 0.000 title description 2
- 229910001923 silver oxide Inorganic materials 0.000 title description 2
- 229910000108 silver(I,III) oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 43
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 claims abstract description 25
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 4
- 125000001997 phenyl group Chemical class [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 claims abstract 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 19
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 19
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 15
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 11
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 11
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 claims description 11
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 9
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 8
- WMWLMWRWZQELOS-UHFFFAOYSA-N bismuth(III) oxide Inorganic materials O=[Bi]O[Bi]=O WMWLMWRWZQELOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 5
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 3
- 238000001471 micro-filtration Methods 0.000 claims description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 3
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 6
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract description 4
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 abstract description 4
- 238000013508 migration Methods 0.000 abstract description 4
- 230000005012 migration Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 48
- 150000001555 benzenes Chemical class 0.000 description 11
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 11
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 10
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 8
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 5
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 5
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- LKZMBDSASOBTPN-UHFFFAOYSA-L silver carbonate Substances [Ag].[O-]C([O-])=O LKZMBDSASOBTPN-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 5
- KQTXIZHBFFWWFW-UHFFFAOYSA-L silver(I) carbonate Inorganic materials [Ag]OC(=O)O[Ag] KQTXIZHBFFWWFW-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 3
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 3
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 3
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 3
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000002173 high-resolution transmission electron microscopy Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000000103 photoluminescence spectrum Methods 0.000 description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 2
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001392 ultraviolet--visible--near infrared spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000003828 vacuum filtration Methods 0.000 description 2
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 2
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241001198704 Aurivillius Species 0.000 description 1
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 238000007605 air drying Methods 0.000 description 1
- 239000000809 air pollutant Substances 0.000 description 1
- 231100001243 air pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 description 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 230000009323 psychological health Effects 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 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
- B01J27/20—Carbon compounds
- B01J27/232—Carbonates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
- B01D53/86—Catalytic processes
- B01D53/8668—Removing organic compounds not provided for in B01D53/8603 - B01D53/8665
-
- 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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2258/00—Sources of waste gases
- B01D2258/06—Polluted air
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种花状Ag2O/Bi2O2CO3异质结及其制备方法和应用。其中制备方法包括:将Ag2CO3和花状的Bi2O2CO3混合均匀,在氮气气氛下煅烧,冷却,得到花状Ag2O/Bi2O2CO3异质结。本发明所述异质结的光生载流子分离和迁移效率高,具有很好的光吸收性能,所述异质结能够实现气相苯系物的高效光催化净化,本发明具有制备简单、环境友好、能耗低、成本廉的优点。
Description
技术领域
本发明涉及纳米复合材料技术领域,特别是涉及一种花状Ag2O/Bi2O2CO3异质结及其制备方法和应用。
背景技术
日常生活中,人们大多数时间生活、工作在室内,室内空气质量对身心健康、工作效率都至关重要,挥发性有机物是室内空气中的主要污染物,需要根据VOCs的室内空气质量标准及时进行监测并净化控制。其中,在室内空气污染物中苯系物又是最为典型、最受关注的一类污染物。
光催化技术利用无处不在的光能源作为动力,最终产物CO2和H2O,不会产生二次污染,且所采用的催化剂容易大规模生产,成本低,因此,光催化技术在环境污染物治理方面具有重要意义,越来越受到人类的青睐。
在光催化技术领域,半导体材料的光催化性能与其晶体结构和电子结构密切相关,例如,铋系氧化物的价带(VB)由O 2p和Bi 6s杂化而成,使其带隙变窄,而拥有更好的光催化性能,故,铋系氧化物是目前研究较为广泛的光催化剂之一。
Bi2O2CO3是Aurivillius型氧化物家族中的重要一员,为n型半导体,由[Bi2O2]2+层和CO3 2-层正交交替构成,该层状结构致使Bi2O2CO3存在有强的内建电场和不对称极化效应,能促进光生电子-空穴对的有效分离,拥有好的光催化性能。
然而,单一铋系光催化剂在光催化性能方面仍有不足,为了进一步提高光催化效果,本发明制备得到一种具有优异性能,可以提高Bi2O2CO3光催化净化能力的异质结半导体复合材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种花状Ag2O/Bi2O2CO3异质结及其制备方法和应用。本发明所述异质结复合材料的光生载流子分离和迁移效率高,光吸收性能好;本发明能够高效地光催化净化气相苯系物;且本发明具有制备简单、环境友好、能耗低、成本廉的优点。
本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的:
根据本发明的一个方面,本发明提供的一种花状Ag2O/Bi2O2CO3异质结的制备方法,包括:将Ag2CO3与花状的Bi2O2CO3混合均匀;在氮气气氛下煅烧,经冷却得到花状Ag2O/Bi2O2CO3异质结。
可选地,所述方法还包括:以Bi2O3为铋源、碳酸钠为CO3 2-来源,采用化学法合成花状Bi2O2CO3。
可选地,所述的采用化学法合成花状Bi2O2CO3的步骤中,包括:将Bi2O3完全超声溶解在0.5mol/L~1.5mol/LHNO3溶液中,放入水浴中静置,达到温度平衡;采用蠕动泵将0.5mol/L~1.0mol/LNa2CO3溶液加入,直至溶液显中性,静置;采用去离子水和无水酒精离心清洗,50℃~80℃烘干,得到花状的Bi2O2CO3。
可选地,放入水浴中静置时,水浴温度为15℃~25℃。例如,可以为15℃、17℃、19℃、21℃、23℃和25℃等。
可选地,Na2CO3溶液蠕动加入时,流速25mL/min~35mL/min。例如,流速可以控制在25mL/min、27mL/min、29mL/min、31mL/min、33mL/min和35mL/min等。
可选地,所述的将Ag2CO3和花状的Bi2O2CO3均匀混合的步骤中,包括:将Ag2CO3和花状的Bi2O2CO3按照摩尔比0.25~1称量,放入容器,加入无水乙醇,采用磁力搅拌混合均匀。Ag2CO3和Bi2O2CO3的摩尔比例如可以为0.25、0.5、0.75和1等。
可选地,煅烧温度为100℃~200℃。例如,煅烧温度可以为100℃、120℃、140℃、160℃、180℃和200℃等。
可选地,煅烧时,氮气流速为1.0L/min~1.5L/min。例如,氮气流速可以为1.0L/min、1.1L/min、1.2L/min、1.3L/min、1.4L/min和1.5L/min等。
可选地,煅烧时间为5h~15h。例如,煅烧时间可以为5h、7h、9h、11h、13h和15h等。
根据本发明的另一个方面,本发明提供的一种花状Ag2O/Bi2O2CO3异质结,采用本发明所述的制备方法制备得到。
根据本发明的还一个方面,本发明提供的一种花状Ag2O/Bi2O2CO3异质结在光催化净化气相苯系物中的应用。其中,所述花状Ag2O/Bi2O2CO3异质结采用本发明所述的制备方法制备得到。
可选地,所述应用包括:将所述花状Ag2O/Bi2O2CO3异质结,采用真空抽滤方法在衬底上形成Ag2O/Bi2O2CO3膜;将含Ag2O/Bi2O2CO3膜的衬底置于反应器底部,向所述反应器中填充含有苯系物的混合气体,吸附平衡后,在光照条件下完成对苯系物的光催化净化。
可选地,所述衬底为微孔过滤膜衬底;所述衬底的孔径为0.05μm~0.5μm。例如,所述衬底可以为尼龙膜,所述尼龙膜衬底的孔径可以为0.1μm。
与现有技术相比,本发明将p型半导体Ag2O与n型半导体Bi2O2CO3构造成p-n型异质结Ag2O/Bi2O2CO3,可以促进光生载流子的有效分离和迁移,具有很好的光吸收性能,从而可以进一步提高Bi2O2CO3光催化降解去除微量挥发性污染物气相苯系物的能力,例如,25mg的Ag2O/Bi2O2CO3对450ml94.3×10-6mol/mol空气中甲苯催化3h后去除率可达94.9%以上。本发明具有制备简单、环境友好、能耗低、成本廉的优点。
附图说明
图1是本发明制备实施例1化学法合成的Bi2O2CO3的XRD图;
图2是本发明制备实施例1煅烧合成的Ag2O/Bi2O2CO3异质结的XRD图;
图3是本发明制备实施例1化学法合成的Bi2O2CO3的SEM图;
图4是本发明制备实施例1煅烧合成的Ag2O/Bi2O2CO3异质结SEM图;
图5是本发明制备实施例1煅烧合成的Ag2O/Bi2O2CO3异质结的TEM图;
图6是本发明制备实施例1中Bi2O2CO3和Ag2O/Bi2O2CO3异质结的紫外-可见-近红外漫反射光谱图;
图7是本发明制备实施例1中Bi2O2CO3和Ag2O/Bi2O2CO3异质结的PL谱图;
图8是本发明应用实施例1中Ag2O/Bi2O2CO3异质结光催化降解甲苯的产物色谱图;
图9是本发明应用实施例1中Bi2O2CO3和Ag2O/Bi2O2CO3异质结光催化降解甲苯效果图。
具体实施方式
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实施例,而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明提供的一种花状Ag2O/Bi2O2CO3异质结的制备方法,是将花状Bi2O2CO3和Ag2CO3混合均匀后,在氮气气氛下煅烧,Ag2CO3热解成Ag2O,从而构造形成的异质结纳米功能复合材料,即为p-n型的花状Ag2O/Bi2O2CO3异质结。
在一可选实施例中,本发明提供的花状Ag2O/Bi2O2CO3异质结的制备方法可以包括以下步骤:
步骤S1,以Bi2O3为铋源、碳酸钠为CO3 2-来源,用化学法合成花状Bi2O2CO3。
具体地,可以包括:将Bi2O3完全超声溶解在(0.5~1.5)mol/L HNO3溶液中,放入(20±5)℃水浴中静置,达到温度平衡;再将(0.5~1.0)mol/L Na2CO3溶液通过蠕动泵以(25~35)mL/min加入,直至溶液显中性,静置;然后用去离子水和无水酒精离心清洗数遍,50℃~80℃烘干即得花状Bi2O2CO3。其中,所述的Na2CO3溶液可以通过将Na2CO3超声溶解在去离子水中得到。
本发明通过控制Bi2O2CO3合成过程中反应温度,并采用蠕动泵对Na2CO3溶液的加入速度进行精确控制,可以确保得到花状的Bi2O2CO3,从而可以保证生产的异质结具有花状结构,以保证异质结对气相苯系物的去除率。本发明采用花状Bi2O2CO3制备得到了花状的Ag2O/Bi2O2CO3异质结,该异质结保留了花状结构,具有更好的光催化性能。需要说明的是,本发明制备方法也可以用于制备其他形状Ag2O/Bi2O2CO3异质结。
步骤S2,将步骤S1得到的花状Bi2O2CO3与Ag2CO3均匀混合,并干燥。
具体地,可以包括:将Ag2CO3和Bi2O2CO3按摩尔比称量,放入烧杯,加入无水乙醇,磁力搅拌使之分散均匀;将烧杯放入鼓风干燥箱中烘干。其中,干燥箱门开缝,防止酒精聚集,引起燃烧。Ag2CO3和Bi2O2CO3的摩尔比范围可以为0.25~1,例如可以为0.5。所述摩尔比范围内得到的异质结可以使得气相苯系物的去除效果更好。
步骤S3,将步骤S2干燥后得到的混合均匀的Ag2CO3和Bi2O2CO3粉末放入石英舟中,控制N2流速为(1.0~1.5)L/min,于(100~200)℃煅烧(5~15)h,冷却至室温,得到Ag2O/Bi2O2CO3。
本发明还提供的一种花状Ag2O/Bi2O2CO3异质结,其中,所述异质结采用本发明所述的制备方法制备得到。
本发明还提供一种花状Ag2O/Bi2O2CO3异质结在光催化净化气相苯系物中的应用,例如用于光催化净化空气中微量气相甲苯等。进一步地,先采用真空抽滤成膜,然后模拟太阳光照射,利用Bi2O2CO3的{001}晶面取向增强和p-n型异质结的性能特点,高效地光催化净化空气中的气相苯系物,如空气中微量气相甲苯等,最终的产物为CO2和H2O。
在一可选实施例中,所述应用可以包括以下步骤:
首先,将Ag2O/Bi2O2CO3异质结超声分散在去离子水中,采用真空抽滤,在微孔过滤膜衬底上形成Ag2O/Bi2O2CO3膜,自然晾干;其中,所述微孔过滤膜衬底可以为尼龙膜,但不限于此,例如还可以为聚丙烯、聚四氟乙烯、玻璃纤维、混合纤维素脂等衬底。所述衬底的孔径可以为0.05μm~0.5μm,例如可以为0.1μm。所形成的Ag2O/Bi2O2CO3膜的厚度与异质结的质量相关。
然后,将含Ag2O/Bi2O2CO3膜的衬底放在反应器底部,抽真空氮气清洗所述反应器,向所述反应器中填充含有苯系物的混合气体,例如含有气相甲苯的空气等,吸附平衡后,模拟太阳光照射所述Ag2O/Bi2O2CO3膜,即可完成光催化净化空气中的微量气相甲苯。例如采用300W氙灯照射3h。
下面结合两个具体实施例对本发明Ag2O/Bi2O2CO3异质结的制备方法和应用做进一步描述:
制备实施例1
一、制备Bi2O2CO3粉末
1)将30mL、65%HNO3稀释在420mL去离子水中,形成450mL、1mol/L的HNO3溶液。
2)将2.325g的Bi2O3溶解在步骤1)形成的HNO3溶液中,超声溶解45min,静置1h,放入20℃水浴中,静置1.5h,达到温度平衡。
3)将25.44g的Na2CO3溶解在400mL去离子水中,超声溶解10min,形成400mL、0.6mol/L的Na2CO3溶液。
4)采用蠕动泵将步骤3)形成的Na2CO3溶液以30mL/min滴入到步骤2)达到温度平衡后的溶液中,并用玻璃棒连续手动搅拌,最终溶液显中性。
5)静置6h,用去离子水清洗3遍,用酒精离心清洗3遍,70℃烘干,即得Bi2O2CO3粉末。
二、制备异质结
6)将Ag2CO3和步骤5)制备得到的Bi2O2CO3,以摩尔比0.5称量,放入烧杯;
7)向烧杯中加150mL无水乙醇,磁力搅拌5min,使Ag2CO3和Bi2O2CO3分散均匀;
8)将烧杯放入鼓风干燥箱中,70℃烘干,其中,干燥箱门开缝,防止酒精聚集,引起燃烧;
9)烘干后放入石英舟中,N2流速1.2L/min,150℃煅烧8h,冷却至室温,得到Ag2O/Bi2O2CO3异质结。
图1示出了该制备实施例1中经化学合成的Bi2O2CO3的XRD图。图2示出了该制备实施例1中煅烧合成的Ag2O/Bi2O2CO3异质结的XRD图。从图1和图2的XRD分析结果表明:本发明上述制备实施例1最终经煅烧冷却得到的异质结是由Ag2O和Bi2O2CO3构成的。
图3示出了该制备实施例1中化学法合成的Bi2O2CO3的SEM图,其中,a~c为采用制备实施例1方法得到的不同批次的SEM图。图4示出了该制备实施例1煅烧合成的Ag2O/Bi2O2CO3异质结SEM图。从图3和图4的SEM分析结果表明:Ag2O/Bi2O2CO3异质结保留了化学法合成Bi2O2CO3花状结构。
图5示出了该制备实施例1中煅烧合成的Ag2O/Bi2O2CO3异质结TEM图。其中,a为SEM;b为EDS;c为Ag;d为Bi;e为O;f为C;g为元素含量;h为HRTEM;i为傅里叶变换图。从图5的TEM和HRTEM结果表明:Ag2O和Bi2O2CO3之间形成了p-n型异质结。
图6示出了该制备实施例1中的Bi2O2CO3和Ag2O/Bi2O2CO3异质结的UV-Vis-NIR DRS图。从图6的UV-Vis-NIR DRS结果表明:与Bi2O2CO3相比,Ag2O/Bi2O2CO3具有好的光吸收性能。
图7示出了该制备实施例1中的Bi2O2CO3和Ag2O/Bi2O2CO3异质结的PL谱图。从图7的PL结果表明:与Bi2O2CO3相比,Ag2O/Bi2O2CO3的光生载流子分离、迁移效率得到提高。
应用实施例1
首先,将25mg的Ag2O/Bi2O2CO3异质结超声10min分散在100ml去离子水中,使用孔径0.1μm,(直径)Φ50mm的尼龙膜真空抽滤,在尼龙衬底上形成(直径)Φ40mm的Ag2O/Bi2O2CO3膜,自然晾干。
然后,将Ag2O/Bi2O2CO3膜(含衬底)放于450mL的反应器的底部,抽真空氮气清洗反应器,填充94.3×10-6mol/mol空气中甲苯气体,吸附平衡0.5h,用模拟太阳光(300W氙灯)照射催化剂膜3h,光催化净化空气中的微量气相甲苯,经检测,甲苯气体的去除率达到94.91%。
图8示出了该应用实施例1中的Ag2O/Bi2O2CO3异质结光催化降解甲苯产物色谱图。从图8的产物色谱图结果表明:光催化降解空气中甲苯的最终产物为CO2和H2O。
图9示出了该应用实施例1中的Bi2O2CO3和Ag2O/Bi2O2CO3异质结光催化降解甲苯效果对比图。从图9的降解甲苯效果图结果表明:与Bi2O2CO3相比,Ag2O/Bi2O2CO3异质结光催化降解空气中甲苯效果明显提高。
综上,本发明制备得到的异质结为花状的p-n型Ag2O/Bi2O2CO3异质结,且具有好的光吸收性能,光生载流子分离和迁移的效率得到提高,且可高效地实现光催化净化空气中的气相甲苯,例如,去除率可达94.91%,本发明具有制备简单、环境友好、能耗低、成本廉的优点。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的,而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用,并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (13)
1.一种花状Ag2O/Bi2O2CO3异质结的制备方法,其特征在于,包括:
将Ag2CO3与花状的Bi2O2CO3混合均匀;
在氮气气氛下煅烧,经冷却得到花状Ag2O/Bi2O2CO3异质结。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述方法还包括:
以Bi2O3为铋源、碳酸钠为CO3 2-来源,采用化学法合成花状Bi2O2CO3。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述的采用化学法合成花状Bi2O2CO3的步骤,包括:
将Bi2O3超声溶解在0.5mol/L~1.5mol/L HNO3溶液中,放入水浴中静置,达到温度平衡;
采用蠕动泵加入0.5mol/L~1.0mol/L Na2CO3溶液,直至溶液显中性,静置;
离心清洗,50℃~80℃烘干,得到花状的Bi2O2CO3。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,放入水浴中静置时,水浴温度为15℃~25℃。
5.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,采用蠕动泵加入Na2CO3溶液时,流速为25mL/min~35mL/min。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述的将Ag2CO3和花状的Bi2O2CO3均匀混合的步骤中,包括:
将Ag2CO3和花状的Bi2O2CO3按照摩尔比0.25~1称量,放入容器,加入无水乙醇,采用磁力搅拌混合均匀,烘干。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,煅烧时,煅烧温度为100℃~200℃。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,煅烧时,氮气流速为1.0L/min~1.5L/min。
9.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,煅烧时,煅烧时间为5h~15h。
10.一种花状Ag2O/Bi2O2CO3异质结,其特征在于,采用权利要求1-9任一项所述的制备方法制备得到。
11.一种花状Ag2O/Bi2O2CO3异质结在光催化净化气相苯系物中的应用,所述花状Ag2O/Bi2O2CO3异质结采用权利要求1-9任一项所述的制备方法制备得到。
12.根据权利要求11所述的应用,其特征在于,所述应用包括:
将所述花状Ag2O/Bi2O2CO3异质结,采用真空抽滤方法在衬底上形成Ag2O/Bi2O2CO3膜;
将含Ag2O/Bi2O2CO3膜的衬底置于反应器底部,向反应器中填充含有苯系物的混合气体,吸附平衡后,在光照条件下完成对苯系物的光催化净化。
13.根据权利要求12所述的应用,其特征在于,所述衬底为微孔过滤膜衬底;所述微孔过滤膜衬底的孔径为0.05μm~0.5μm。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110786992.5A CN113559902B (zh) | 2021-07-09 | 2021-07-09 | 花状氧化银/碳酸氧铋异质结及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110786992.5A CN113559902B (zh) | 2021-07-09 | 2021-07-09 | 花状氧化银/碳酸氧铋异质结及其制备方法和应用 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113559902A true CN113559902A (zh) | 2021-10-29 |
CN113559902B CN113559902B (zh) | 2022-12-16 |
Family
ID=78164496
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110786992.5A Expired - Fee Related CN113559902B (zh) | 2021-07-09 | 2021-07-09 | 花状氧化银/碳酸氧铋异质结及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113559902B (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116237087A (zh) * | 2023-01-10 | 2023-06-09 | 华南师范大学 | 一种纤维素纳米晶键合碳酸氧铋材料的制备方法和应用 |
CN117443206A (zh) * | 2023-10-09 | 2024-01-26 | 贵州大学 | 一种Bi2O2CO3/In(OH)3异质结复合膜及其制备方法和应用 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101817555A (zh) * | 2010-03-25 | 2010-09-01 | 山东大学 | 一种具有分等级结构的碳酸氧铋微米花材料及其制备方法 |
CN107715901A (zh) * | 2017-11-07 | 2018-02-23 | 天津师范大学 | 一种氧化银/碳酸氧铋复合光催化剂一锅水热制备的方法 |
CN108786872A (zh) * | 2018-07-05 | 2018-11-13 | 河南师范大学 | 一种花状WS2/Bi2O2CO3异质结光催化材料的合成方法及其应用 |
CN109772454A (zh) * | 2019-02-28 | 2019-05-21 | 清华大学深圳研究生院 | 光催化膜及其制备方法和对消毒副产物前体物的降解应用 |
-
2021
- 2021-07-09 CN CN202110786992.5A patent/CN113559902B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101817555A (zh) * | 2010-03-25 | 2010-09-01 | 山东大学 | 一种具有分等级结构的碳酸氧铋微米花材料及其制备方法 |
CN107715901A (zh) * | 2017-11-07 | 2018-02-23 | 天津师范大学 | 一种氧化银/碳酸氧铋复合光催化剂一锅水热制备的方法 |
CN108786872A (zh) * | 2018-07-05 | 2018-11-13 | 河南师范大学 | 一种花状WS2/Bi2O2CO3异质结光催化材料的合成方法及其应用 |
CN109772454A (zh) * | 2019-02-28 | 2019-05-21 | 清华大学深圳研究生院 | 光催化膜及其制备方法和对消毒副产物前体物的降解应用 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
NA LIANG ET AL.: "Highly Efficient Ag2O/Bi2O2CO3 p-n Heterojunction Photocatalysts with Improved Visible-Light Responsive Activity", 《ACS APPL. MATER. INTERFACES》 * |
XIAO-JU WEN ET AL.: "A novel Ag2O/CeO2 heterojunction photocatalysts for photocatalytic degradation of enrofloxacin: possible degradation pathways, mineralization activity and an in depth mechanism insight", 《APPLIED CATALYSIS B: ENVIRONMENTAL》 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116237087A (zh) * | 2023-01-10 | 2023-06-09 | 华南师范大学 | 一种纤维素纳米晶键合碳酸氧铋材料的制备方法和应用 |
CN117443206A (zh) * | 2023-10-09 | 2024-01-26 | 贵州大学 | 一种Bi2O2CO3/In(OH)3异质结复合膜及其制备方法和应用 |
CN117443206B (zh) * | 2023-10-09 | 2024-05-10 | 贵州大学 | 一种Bi2O2CO3/In(OH)3异质结复合膜及其制备方法和应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113559902B (zh) | 2022-12-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11174164B2 (en) | Honeycomb-like homo-type heterojunction carbon nitride composite material and preparation method thereof, and application in catalytic treatment of waste gas | |
CN113559902B (zh) | 花状氧化银/碳酸氧铋异质结及其制备方法和应用 | |
CN107570174B (zh) | 一种高效稳定泡沫镍基光催化材料的制备方法及应用 | |
ES2725153T3 (es) | Método de producción de polvo fotocatalítico que comprende dióxido de titanio y dióxido de manganeso activo bajo ultravioleta y luz visible | |
Huang et al. | Low temperature synthesis and photocatalytic properties of highly oriented ZnO/TiO2− xNy coupled photocatalysts | |
CN106381682B (zh) | 一种高吸附-光催化性能的纳米二氧化钛/活性炭纤维毡三维多孔材料及其制备方法 | |
CN108339567B (zh) | 一种制备封装二氧化钛的疏水沸石催化材料的方法 | |
CN108620113B (zh) | 一种氮掺杂的碳-铈复合纳米片的制备方法 | |
Adegoke et al. | Photocatalytic conversion of CO2 using ZnO semiconductor by hydrothermal method | |
CN111468147A (zh) | 一种多孔碳复合二氧化钛-卤氧化物光催化剂及其制备方法 | |
CN112958061B (zh) | 一种氧空位促进直接Z机制介孔Cu2O/TiO2光催化剂及其制备方法 | |
Dai et al. | Effect of preparation method on the structure and photocatalytic performance of BiOI and Bi5O7I for Hg0 removal | |
Liu et al. | Preparation of hollow ceramic photocatalytic membrane grafted with silicon-doped TiO2 nanorods and conversion of high-concentration NO | |
KR101749673B1 (ko) | 중형기공 아나타제 구형 티타늄 다이옥사이드 광촉매의 제조방법 | |
CN107096537B (zh) | 一种Fe2O3掺杂TiO2负载膨胀珍珠岩的漂浮型环境修复材料及其制备方法 | |
CN105883910A (zh) | 一种钙钛矿SrTiO3多孔纳米颗粒的制备方法及产物 | |
CN103922382B (zh) | 可见光响应微纳米分级多孔氧化铈的合成方法及应用 | |
CN115212869A (zh) | 一种基于Ce-MOF前驱体制备CeO2/TiO2复合热催化材料的制备方法 | |
CN110813381A (zh) | 复合光催化材料UiO-66@BiOIO3及其制备方法与应用 | |
Quan et al. | Superior performance in visible-light-driven hydrogen evolution reaction of three-dimensionally ordered macroporous SrTiO 3 decorated with Zn x Cd 1− x S | |
CN113877586A (zh) | 一种可控形貌的分级结构铈铁双金属复合氧化物的制备方法及其应用 | |
CN107008337B (zh) | 一种非化学计量比铋酸铜纳米材料及其制备方法和应用 | |
CN112691704A (zh) | 一种花球状Cu-MOF-74/GO可见光催化剂及其制备方法 | |
CN115025783B (zh) | 一种多铌氧簇/zif-67衍生物复合材料的合成方法及应用 | |
CN113600220B (zh) | 氮化碳高负载分散NiS光催化降解材料及制备方法 |
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 | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20221216 |
|
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |