CN114405499B - 一种铋氧化物及其制备方法和应用 - Google Patents
一种铋氧化物及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114405499B CN114405499B CN202210131301.2A CN202210131301A CN114405499B CN 114405499 B CN114405499 B CN 114405499B CN 202210131301 A CN202210131301 A CN 202210131301A CN 114405499 B CN114405499 B CN 114405499B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- bismuth
- solution
- calcination
- bismuth oxide
- mixing
- 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.)
- Active
Links
- 229910000416 bismuth oxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 48
- TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N dibismuth;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Bi+3].[Bi+3] TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 48
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 45
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- QMKYBPDZANOJGF-UHFFFAOYSA-N benzene-1,3,5-tricarboxylic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC(C(O)=O)=CC(C(O)=O)=C1 QMKYBPDZANOJGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 26
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 17
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 16
- 150000001621 bismuth Chemical class 0.000 claims description 16
- 238000004729 solvothermal method Methods 0.000 claims description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 11
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 9
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 7
- QYIGOGBGVKONDY-UHFFFAOYSA-N 1-(2-bromo-5-chlorophenyl)-3-methylpyrazole Chemical compound N1=C(C)C=CN1C1=CC(Cl)=CC=C1Br QYIGOGBGVKONDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- OHLUUHNLEMFGTQ-UHFFFAOYSA-N N-methylacetamide Chemical compound CNC(C)=O OHLUUHNLEMFGTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- JHXKRIRFYBPWGE-UHFFFAOYSA-K bismuth chloride Chemical compound Cl[Bi](Cl)Cl JHXKRIRFYBPWGE-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 3
- 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 3
- -1 nitrogen-containing carboxylic acid derivative Chemical class 0.000 claims description 3
- PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N rhodamine B Chemical compound [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(N(CC)CC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 18
- 229940043267 rhodamine b Drugs 0.000 abstract description 17
- 238000005286 illumination Methods 0.000 abstract description 5
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 abstract description 5
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 33
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 20
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 7
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 5
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- CJJMLLCUQDSZIZ-UHFFFAOYSA-N oxobismuth Chemical class [Bi]=O CJJMLLCUQDSZIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 4
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 4
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 4
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 4
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 3
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 3
- 238000001782 photodegradation Methods 0.000 description 3
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 2
- 239000003403 water pollutant Substances 0.000 description 2
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003599 detergent Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100001240 inorganic pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N nonaoxidotritungsten Chemical compound O=[W]1(=O)O[W](=O)(=O)O[W](=O)(=O)O1 QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 229910001930 tungsten oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
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
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- B01J23/18—Arsenic, antimony or bismuth
-
- 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G29/00—Compounds of bismuth
-
- 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
- C02F1/32—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation with ultraviolet light
- C02F1/325—Irradiation devices or lamp constructions
-
- 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
- C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
- C02F1/725—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation by catalytic oxidation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
- C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
-
- 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
-
- 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
- C02F2101/308—Dyes; Colorants; Fluorescent agents
-
- 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
-
- 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
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/10—Photocatalysts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
本发明涉及光催化技术领域，尤其涉及一种铋氧化物及其制备方法和应用。本发明提供了一种铋氧化物，包括Bi2O3和Bi2O4，所述Bi2O3和Bi2O4构成异质结；所述铋氧化物中铋和氧的摩尔比为2：(3～4)，且所述铋和氧的摩尔比不为2:3和2:4。根据实施例的结果表明，本发明提供的铋氧化物经过180min光照降解后，对浓度为2mg/L罗丹明B的降解率能够达到78.6％。
Description
技术领域
本发明涉及光催化技术领域，尤其涉及一种铋氧化物及其制备方法和应用。
背景技术
随着经济社会快速发展，能源与环境问题日益严重，利用铋氧化物将太阳能转化为人类可直接利用的电能、氢能等能源，或将各种有机及无机污染物矿化降解，是目前可再生清洁能源研究的一个方向，吸附、生物降解和膜处理等环境净化技术存在效率低、周期长，易造成二次污染和成本高等问题，半导体光催化氧化还原技术作为降解有机污染物的重要手段，能够在较短的时间内产生大量的强氧化活性自由基，进而将各种有机污染物高效分解为二氧化碳和水。因此，利用太阳光能进一步开发经济、环保和高效的铋氧化物已成为环境污染治理中的重要研究课题之一。
Bi2O3具有无毒、储量丰富、化学稳定性好等优点，是最具前景半导体铋基化合物之一。因其特殊的物理性质和晶体形态，Bi2O3被应用于光电材料、催化剂、铁电材料等领域，尤其是作为催化剂，在降解污染物方面一直备受关注。Bi2O3晶相包括单斜晶相α-Bi2O3、四方晶相β-Bi2O3、体心立方γ-Bi2O3及面心立方δ-Bi2O3。其中β-Bi2O3相比于其他Bi2O3晶相，具有较窄的带隙和优异的光催化性能，但其在热力学上是亚稳定相，高温容易转变为α-Bi2O3，且载流子复合严重，光催化性能并不突出。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种铋氧化物及其制备方法和应用，所述铋氧化物能够快速高效的降解水体中的有机污染物。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种铋氧化物，包括Bi2O3和Bi2O4，所述Bi2O3和Bi2O4构成异质结；
所述铋氧化物中铋和氧的摩尔比为2：(3～4)，且所述铋和氧的摩尔比不为2:3和2:4。
本发明还提供了上述技术方案所述铋氧化物的制备方法，包括以下步骤：
将可溶性铋盐、丙酮和乙二醇混合，得到第一溶液；
将均苯三甲酸和含氮的羧酸衍生物混合，得到第二溶液；
将所述第一溶液和第二溶液混合后，进行溶剂热反应，得到前驱体MOF；
将所述前驱体MOF进行煅烧，得到所述铋氧化物；所述煅烧包括依次进行的第一煅烧和第二煅烧；所述第一煅烧在保护气氛中进行，所述第二煅烧在空气气氛中进行；所述第二煅烧的时间为1～4h。
优选的，所述第一溶液中的可溶性铋盐和第二溶液中的均苯三甲酸的质量比为(0.01～0.2)：(0.05～0.25)。
优选的，所述第一溶液和第二溶液的体积比为(0.5～3.0)：(0.5～2.5)。
优选的，所述均苯三甲酸的质量和含氮的羧酸衍生物的体积比为(0.01～0.2)g：(10～100)mL。
优选的，所述可溶性铋盐包括五水硝酸铋、醋酸铋或三氯化铋。
优选的，所述含氮的羧酸衍生物为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺和N-甲基乙酰胺中的一种或几种。
优选的，所述溶剂热反应的温度为90～180℃，时间为2～10h。
优选的，所述第一煅烧的温度为400～1000℃，时间为0.5～4h；
所述第二煅烧的温度为200～400℃，时间为1～4h。
本发明还提供了上述技术方案所述铋氧化物或上述技术方案所述的制备方法制备得到的铋氧化物在光催化降解水体污染物领域中的应用。
本发明提供了一种铋氧化物，包括Bi2O3和Bi2O4，所述Bi2O3和Bi2O4构成异质结；所述铋氧化物中铋和氧的摩尔比为2：(3～4)，且所述铋和氧的摩尔比不为2:3和2:4。本发明所述Bi2O3和Bi2O4的价带和导带位置合适，可以形成异质结，所述异质结中Bi2O3导带上的光生电子转移至Bi2O4的导带上，Bi2O3的光生空穴形成活性位点与罗丹明B反应，这种异质结中“结”的构建极大地促进了光生电子和空穴的分离效率，从而提高了本发明所述铋氧化物的光催化活性，且该催化剂结构有利于污染物分子的吸附，进而有利于催化活性的提高，使本发明所述的铋氧化物能够快速、高效的降解污染物。所述铋原子和氧原子的摩尔比直接决定了所述铋氧化物在光催化降解有机污染物中的活性，当所述铋原子和氧原子的摩尔比在上述范围内时，能够保证所述铋氧化物能够有效降解有机污染物罗丹明B。根据实施例的结果表明，本发明提供的铋氧化物经过180min光照降解后，对浓度为2mg/L罗丹明B的降解率能够达到78.6％。
本发明还提供了上述技术方案所述铋氧化物的制备方法，包括以下步骤：将可溶性铋盐、丙酮和乙二醇混合，得到第一溶液；将均苯三甲酸和含氮的羧酸衍生物混合，得到第二溶液；将所述第一溶液和第二溶液混合后，进行溶剂热反应，得到前驱体MOF；将所述前驱体MOF进行煅烧，得到所述铋氧化物；所述煅烧包括依次进行的第一煅烧和第二煅烧；所述第一煅烧在保护气氛中进行，所述第二煅烧在空气气氛中进行；所述第二煅烧的时间为1～4h。本发明所述的制备方法将所述前驱体MOF进行第一煅烧后得到单质铋，然后经过第二煅烧形成具有+3和+5价的复合物，即形成Bi2O3和Bi2O4，进而形成Bi2O3和Bi2O4的异质结。
附图说明
图1为实施例1～3制备得到的铋氧化物的XRD图；
图2为实施例1～3制备得到的铋氧化物对罗丹明B的光催化降解效率图；
图3为实施例1制备得到的前驱体MOF的SEM图。
具体实施方式
本发明提供了一种铋氧化物，包括Bi2O3和Bi2O4，所述Bi2O3和Bi2O4构成异质结；
所述铋氧化物中铋和氧的摩尔比为2：(3～4)，且所述铋和氧的摩尔比不为2:3和2:4。
在本发明中，所述铋氧化物中铋和氧的摩尔比为2：(3～4.0)，优选为2：3.49。
在本发明中，所述Bi2O3优选为β-Bi2O3。
在本发明中，所述铋原子和氧原子的摩尔比直接决定了所述铋氧化物在光催化降解有机污染物中的活性，当所述铋原子和氧原子的摩尔比在上述范围内时，能够保证所述铋的氧化钨能够有效的光催化降解有机污染物罗丹明B。
在本发明中，所述铋氧化物在光的激发作用下，会产生光生电子和空穴，光生电子和空穴分别发生还原反应和氧化反应，从而将有机物质降解。
本发明还提供了上述技术方案所述铋氧化物的制备方法，包括以下步骤：
将可溶性铋盐、丙酮和乙二醇混合，得到第一溶液；
将均苯三甲酸和含氮的羧酸衍生物混合，得到第二溶液；
将所述第一溶液和第二溶液混合后，进行溶剂热反应，得到前驱体MOF；
将所述前驱体MOF进行煅烧，得到所述铋氧化物；所述煅烧包括依次进行的第一煅烧和第二煅烧；所述第一煅烧在保护气氛中进行，所述第二煅烧在空气气氛中进行；所述第二煅烧的时间为1～4h。
在本发明中，若无特殊说明，所有制备原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。
本发明将可溶性铋盐、丙酮和乙二醇混合，得到第一溶液。
在本发明中，所述可溶性铋盐优选包括五水硝酸铋、醋酸铋或三氯化铋。
在本发明中，所述丙酮和乙二醇的体积比优选为(10～100)：(1～15)，更优选为(20～50)：(1～10)。
在本发明中，所述第一溶液中可溶性铋盐的浓度优选为0～5g/L(可溶性铋盐为分析纯，且含量≥99.0％)，更优选为0.2～1g/L，最优选为0.4～0.6g/L，所述第一溶液中可溶性铋盐的浓度不为0。
在本发明中，所述混合优选在搅拌的条件下进行，本发明对所述搅拌的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
在本发明中，所述混合优选为先将所述可溶性铋盐和丙酮混合后再与乙二醇混合。所述混合完成后，本发明还优选包括继续搅拌的过程，所述继续搅拌的时间优选为30min。
在本发明中，所述乙二醇的作用是助溶，加快丙酮对可溶性铋盐的溶解。
本发明所述制备方法还包括将均苯三甲酸和含氮的羧酸衍生物混合，得到第二溶液。
在本发明中，所述含氮的羧酸衍生物优选为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺和N-甲基乙酰胺中的一种或几种，更优选为N,N-二甲基甲酰胺。当所述含氮的羧酸衍生物为上述具体选择中的两种以上时，本发明对上述具体物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。
在本发明中，所述均苯三甲酸的质量和含氮的羧酸衍生物的体积比优选为(0.01～0.2)g：(10～100)mL，更优选为(0.02～0.1)g：(10～50)mL。
在本发明中，所述混合的温度优选为0～30℃，更优选为10～20℃；所述混合优选在超声的条件下进行；本发明对所述超声的频率和时间没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
在本发明中，所述第一溶液和第二溶液的制备过程不限制备顺序。
得到第一溶液和第二溶液后，本发明将所述第一溶液和第二溶液混合后，进行溶剂热反应，得到前驱体MOF。
在本发明中，所述第一溶液和第二溶液的体积比为(0.5～3.0)：(0.5～2.5)，更优选为(0.5～2.0)：(0.5～1.5)。
在本发明中，所述第一溶液中的可溶性铋盐和第二溶液中的均苯三甲酸的质量比优选为(0.01～0.2)：(0.05～0.25)，更优选为(0.01～0.1)：(0.05～0.15)。
在本发明中，所述混合优选为将所述第二溶液滴加至所述第一溶液中；所述滴加优选在搅拌的条件下进行；本发明对所述搅拌的条件没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。在本发明中，滴加的速度优选为1～10mL/min，更优选为2～8mL/min，最优选为4～6mL/min。在本发明中，所述滴加完成后，还优选包括继续搅拌的过程；所述继续搅拌的温度优选为室温，更优选为20～30℃；所述继续搅拌的时间优选为1～10h，更优选为2～8h。
在本发明中，所述溶剂热反应的温度优选为90～180℃，更优选为100～170℃，最优选为120～160℃；时间优选为2～10h，更优选为2～8h。
在本发明中，将所述溶剂热反应的温度和时间控制在上述范围内，能够形成具有片状的前驱体MOF。
所述溶剂热完成后，本发明还优选包括依次进行的离心、洗涤和干燥。本发明对所述离心的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。在本发明中，所述洗涤采用的洗涤剂优选为N,N-二甲基甲酰胺；所述洗涤的次数优选为3次；本发明对所述洗涤的具体方式没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方式进行即可。在本发明中，所述干燥的温度优选为50～150℃，更优选为80～120℃；时间优选为4～10h，更优选为5～9h。
得到前驱体MOF后，本发明所述煅烧包括依次进行的第一煅烧和第二煅烧；所述第一煅烧在保护气氛中进行，所述第二煅烧在空气气氛中进行；所述第二煅烧的时间为1～4h。
在本发明中，所述保护气氛优选为氮气气氛。在本发明中，所述第一煅烧的温度优选为400～1000℃，更优选为500～800℃；时间优选为0.5～4h，更优选为1～3h。
在本发明中，所述第二煅烧的温度优选为200～400℃，更优选为250～350℃；时间优选为1～4h，更优选为1～3h。
在本发明中，分步进行煅烧的目的是保护气氛下煅烧得到具有MOF形貌的Bi单质，通过在空气下调变第二煅烧温度，形成β-Bi2O3和Bi2O4。
所述煅烧完成后，本发明还优选包括冷却，本发明对所述冷却的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
本发明还提供了上述技术方案所述铋氧化物或上述技术方案所述的制备方法制备得到的铋氧化物在光催化降解水体污染物领域中的应用。
在本发明中，所述水体污染物优选为罗丹明B。
在本发明中，所述应用的方法优选为：将所述铋氧化物置于待处理水体中，光照进行降解。在本发明中，所述待处理水体中罗丹明B的浓度优选为2mg/L，所述铋氧化物质量与待处理水体的体积比优选为0.01g:60mL。在本发明中，所述光照的光源优选为带有420nm紫外截止滤光片的氙灯，所述氙灯的功率优选为100～500W，更优选为300W。
下面结合实施例对本发明提供的铋氧化物及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将0.024g Bi(NO3)3﹒5H2O和40mL丙酮超声混合均匀，在搅拌的条件下加入5mL的乙二醇，搅拌30min后，缓慢(滴加速率为2d/s)滴加0.084g均苯三甲酸和40mLN,N-二甲基甲酰胺混合溶液，室温继续搅拌6h后，160℃溶剂热反应4h，进行离心，用N,N-二甲基甲酰胺洗涤3次，在100℃的条件下干燥7h，得到前驱体MOF(如图3所示)；将所述前驱体MOF在氮气气氛下600℃焙烧1h，再在空气气氛下270℃焙烧1h，得到所述铋氧化物(铋和氧的摩尔比为2:3.52)，记为BO-1。
实施例2
将0.024g Bi(NO3)3﹒5H2O和40mL丙酮超声混合均匀，在搅拌的条件下加入5mL的乙二醇，搅拌30min后，缓慢(滴加速率为2d/s)滴加0.084g均苯三甲酸和40mLN,N-二甲基甲酰胺混合溶液，室温继续搅拌6h后，160℃溶剂热反应4h，进行离心，用N,N-二甲基甲酰胺洗涤3次，在100℃的条件下干燥7h，得到前驱体MOF；将所述前驱体MOF在氮气气氛下600℃焙烧1h，再在空气气氛下280℃焙烧1h，得到所述铋氧化物(铋和氧的摩尔比为2:3.49)，记为BO-2。
实施例3
将0.024g Bi(NO3)3﹒5H2O和40mL丙酮超声混合均匀，在搅拌的条件下加入5mL的乙二醇，搅拌30min后，缓慢(滴加速率为2d/s)滴加0.084g均苯三甲酸和40mLN,N-二甲基甲酰胺混合溶液，室温继续搅拌6h后，160℃溶剂热反应4h，进行离心，用N,N-二甲基甲酰胺洗涤3次，在100℃的条件下干燥7h，得到前驱体MOF；将所述前驱体MOF在氮气气氛下600℃焙烧1h，再在空气气氛下320℃焙烧1h，得到所述铋氧化物(铋和氧的摩尔比为2:3.47)，记为BO-3。
测试例
将实施例1～3制备得到的铋氧化物进行XRD测试，测试结果如图1所示，由图1可知，实施例1～3制备得到的铋氧化物在27.97°、31.77°、32.73°、46.29°、54.29°及55.61°处观察到属于Bi2O3的衍射峰，又在27.71°、29.75°、39.34°处观察到属于Bi2O4的衍射峰，其中27.97°为Bi2O3的最强峰，说明BO-1、BO-2和BO-3为Bi2O3和Bi2O4的复合材料。
应用例
将实施例1～3所述的铋氧化物进行催化活性测试：
利用光催化降解罗丹明B为模型反应，将0.01g铋氧化物和60mL浓度为2mg/L的罗丹明B水溶液在搅拌的条件下混合，构成悬浮体系，在黑暗条件下搅拌0.5h以达到吸附平衡，开氙灯进行照射，在300W带有420nm截止滤光片的氙灯光源照射下进行光降解反应。开灯反应前，暗吸附结束后取第一个样，然后每30min取样1次，取样至开灯后第180min。取样结束后离心所有样品，分别吸取其上层清液在553nm(罗丹明B的吸收波长)处测定其吸光度值，根据标准曲线确定罗丹明B的浓度。分析方法：在罗丹明B的最大吸收波长处分析滤液中罗丹明的浓度，因为浓度与吸光度成正比，罗丹明B的光致降解率D可由式Ⅰ求出：
D＝(A0-A)/A0*100％ 式Ⅰ；
其中，A0为暗吸附后罗丹明B的吸光度，A为光照时间为t时罗丹明B的吸光度。
测试结果如图2所示，由图2得出的数据现列于表1：
表1不同铋氧化物对罗丹明B的光催化降解效果
| 铋氧化物种类 | 罗丹明B的光致降解率D |
| BO-1 | 72.1％ |
| BO-2 | 78.6％ |
| BO-3 | 74.4％ |
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种铋氧化物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将可溶性铋盐、丙酮和乙二醇混合，得到第一溶液；
将均苯三甲酸和含氮的羧酸衍生物混合，得到第二溶液；
将所述第一溶液和第二溶液混合后，进行溶剂热反应，得到前驱体MOF；
将所述前驱体MOF进行煅烧，得到所述铋氧化物；所述煅烧包括依次进行的第一煅烧和第二煅烧；所述第一煅烧在保护气氛中进行，所述第二煅烧在空气气氛中进行；
所述铋氧化物包括Bi2O3和Bi2O4，所述Bi2O3和Bi2O4构成异质结；
所述铋氧化物中铋和氧的摩尔比为2：(3～4)，且所述铋和氧的摩尔比不为2：3和2：4；
所述第一煅烧的温度为400～1000℃；时间为0.5～4h；
所述第二煅烧的温度为200～400℃，时间为1～4h。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一溶液中的可溶性铋盐和第二溶液中的均苯三甲酸的质量比为(0.01～0.2)：(0.05～0.25)。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第一溶液和第二溶液的体积比为(0.5～3.0)：(0.5～2.5)。
4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述均苯三甲酸的质量和含氮的羧酸衍生物的体积比为(0.01～0.2)g：(10～100)mL。
5.如权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述可溶性铋盐包括五水硝酸铋、醋酸铋或三氯化铋。
6.如权利要求1～4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述含氮的羧酸衍生物为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺和N-甲基乙酰胺中的一种或几种。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂热反应的温度为90～180℃，时间为2～10h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210131301.2A CN114405499B (zh) | 2022-02-14 | 2022-02-14 | 一种铋氧化物及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210131301.2A CN114405499B (zh) | 2022-02-14 | 2022-02-14 | 一种铋氧化物及其制备方法和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114405499A CN114405499A (zh) | 2022-04-29 |
| CN114405499B true CN114405499B (zh) | 2023-09-26 |
Family
ID=81279430
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210131301.2A Active CN114405499B (zh) | 2022-02-14 | 2022-02-14 | 一种铋氧化物及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114405499B (zh) |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2841242A1 (fr) * | 2002-06-21 | 2003-12-26 | Rhodia Chimie Sa | Procede de preparation d'un acide carboxylique insature |
| FR3026964A1 (fr) * | 2014-10-14 | 2016-04-15 | Ifp Energies Now | Composition photocatalytique comprenant des particules metalliques et deux semi-conducteurs dont un en oxyde de cerium |
| CN108273492A (zh) * | 2018-04-01 | 2018-07-13 | 云南大学 | 一种氧化铋/四氧化二铋异质结光催化剂及其制法和用途 |
| CN112121786A (zh) * | 2020-09-07 | 2020-12-25 | 南京智汇环境气象产业研究院有限公司 | 一种氧化石墨烯掺杂改性四氧化二铋的压电催化和光催化联用催化剂及其制备方法和应用 |
| CN112521618A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-03-19 | 山东大学 | 一种铋基金属有机框架材料及其制备方法和应用 |
| CN113333002A (zh) * | 2021-06-12 | 2021-09-03 | 景德镇陶瓷大学 | 一种负载CdS量子点的氧化铋复合可见光催化材料的制备方法及其制得的产品 |
| CN113351226A (zh) * | 2021-06-12 | 2021-09-07 | 景德镇陶瓷大学 | 一种负载花瓣状ZnIn2S4的氧化铋复合可见光催化材料的制备方法及其制得的产品 |
| CN113713752A (zh) * | 2021-08-20 | 2021-11-30 | 西安交通大学 | 一种微米花状氧化铋材料及其制备方法和在吸附放射性阴离子中的应用 |
| CN113839038A (zh) * | 2021-08-12 | 2021-12-24 | 山东大学 | MOF衍生的Bi@C纳米复合电极材料及其制备方法 |
| CN114011398A (zh) * | 2021-11-19 | 2022-02-08 | 辽宁大学 | 3D花状Zn3In2S6@Bi2O4/β-Bi2O3双Z型异质结光电催化剂及应用 |
-
2022
- 2022-02-14 CN CN202210131301.2A patent/CN114405499B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2841242A1 (fr) * | 2002-06-21 | 2003-12-26 | Rhodia Chimie Sa | Procede de preparation d'un acide carboxylique insature |
| FR3026964A1 (fr) * | 2014-10-14 | 2016-04-15 | Ifp Energies Now | Composition photocatalytique comprenant des particules metalliques et deux semi-conducteurs dont un en oxyde de cerium |
| CN108273492A (zh) * | 2018-04-01 | 2018-07-13 | 云南大学 | 一种氧化铋/四氧化二铋异质结光催化剂及其制法和用途 |
| CN112121786A (zh) * | 2020-09-07 | 2020-12-25 | 南京智汇环境气象产业研究院有限公司 | 一种氧化石墨烯掺杂改性四氧化二铋的压电催化和光催化联用催化剂及其制备方法和应用 |
| CN112521618A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-03-19 | 山东大学 | 一种铋基金属有机框架材料及其制备方法和应用 |
| CN113333002A (zh) * | 2021-06-12 | 2021-09-03 | 景德镇陶瓷大学 | 一种负载CdS量子点的氧化铋复合可见光催化材料的制备方法及其制得的产品 |
| CN113351226A (zh) * | 2021-06-12 | 2021-09-07 | 景德镇陶瓷大学 | 一种负载花瓣状ZnIn2S4的氧化铋复合可见光催化材料的制备方法及其制得的产品 |
| CN113839038A (zh) * | 2021-08-12 | 2021-12-24 | 山东大学 | MOF衍生的Bi@C纳米复合电极材料及其制备方法 |
| CN113713752A (zh) * | 2021-08-20 | 2021-11-30 | 西安交通大学 | 一种微米花状氧化铋材料及其制备方法和在吸附放射性阴离子中的应用 |
| CN114011398A (zh) * | 2021-11-19 | 2022-02-08 | 辽宁大学 | 3D花状Zn3In2S6@Bi2O4/β-Bi2O3双Z型异质结光电催化剂及应用 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| Li Chengyu 等.One-pot synthesis of Bi2O3/Bi2O4 p-n heterojunction for highly efficient photocatalytic removal of organic pollutants under visible light irradiation.《JOURNAL OF PHYSICS AND CHEMISTRY OF SOLIDS》.2020,第140卷第1-9页. * |
| Long Yanju 等.Photocatalytic Removal of 17-Ethinyl Estradiol Using the Bi2O3/Bi2O4 Photocatalyst.《CATALYSIS LETTERS》.2018,第148卷(第12期),第3608-3617页. * |
| 宋驰 等.铋基金属有机骨架合成多孔炭负载Bi2O3/Bi三元可见光催化剂用于高效去除水中有机污染物.《新型炭材料》.2020,第35卷(第5期),第609-618页. * |
| 张永辉 等.可见光催化剂氧化铋的改性研究进展.《辽宁石油化工大学学报》.2021,第41卷(第6期),第1-8页. * |
| 龙艳菊.铋基异质结光催化剂的制备及其去除17α-乙炔基雌二醇的研究.《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》.2020,(第3期),第3页1.2.2，第33页3.3.1.2，第36页3.3.1.2，第39-40页3.3.2.1、3.3.2.2，第45页3.3.3.1. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114405499A (zh) | 2022-04-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113426470B (zh) | 一种钾、氯、碘共掺杂氮化碳及其制备方法、光催化制备过氧化氢的方法 | |
| CN103240130A (zh) | 光催化分解水用TiO2/MIL-101复合催化剂及制备方法和应用 | |
| CN101559371B (zh) | 对可见光响应的含钼半导体光催化材料及其制备方法和用途 | |
| CN103816918A (zh) | 一种弱晶化纳米氧化锰基吸附/催化剂及其制备方法 | |
| CN113457711B (zh) | 一种石墨相氮化碳负载镁单原子复合材料及其制备方法、光催化制备过氧化氢的方法 | |
| CN112076738B (zh) | 一种硼掺杂缺陷型氧化锌及其制备方法和应用 | |
| CN102000584A (zh) | 一种钴掺杂改性Beta-氧化铋光催化剂的制备方法 | |
| CN111905817B (zh) | 一种还原CO2为甲酸的高效光催化材料PCN-222-Zn的制备方法及应用 | |
| CN110882705A (zh) | 一种微波合成氧空位BiOCl/Bi2S3催化剂及其制备方法、应用 | |
| 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 | |
| Zhang et al. | Robust, double-shelled ZnGa 2 O 4 hollow spheres for photocatalytic reduction of CO 2 to methane | |
| CN113262808A (zh) | 室温高效去除甲醛的水溶性石墨相氮化碳纳米片催化剂及其制备方法 | |
| CN114950522A (zh) | 氮化硼/硫化铟锌复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN113578310A (zh) | 用于光催化降解四环素的CdS@ZnCr-LDHs异质结纳米材料、其制备方法和应用 | |
| Zhang et al. | Simultaneous removal of Cr (vi) and TC over BiO 1− X Br/CeVO 4 S-scheme heterostructures: oxygen vacancy boosted charge separation and analysis of intermediates | |
| CN114405499B (zh) | 一种铋氧化物及其制备方法和应用 | |
| CN111229200B (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 | |
| CN111151238B (zh) | 一种钒酸铋异质结BiVO4/Bi25VO40材料及其制备方法和应用 | |
| CN111790409A (zh) | 一种氧化镧-富铋型碘氧化铋复合材料及其制备方法 | |
| CN109317160B (zh) | 一种半导体异质结光催化材料及其制备方法和应用 | |
| CN114849698B (zh) | 一种介孔Na-α-MnO2催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN113134352A (zh) | 一种催化氮氧化物直接分解的复合金属氧化物催化剂及其制备方法 | |
| CN113649039B (zh) | 一种红磷/碳酸氧铋s型异质结光催化剂及其制备方法 | |
| CN113976127A (zh) | 一种光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN108465464B (zh) | 一种钛酸锶钡/钒酸铋的制备方法及应用 |
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 |