CN114433137A - 一种铋/氯氧化铋微球光催化剂及其制备方法与应用 - Google Patents
一种铋/氯氧化铋微球光催化剂及其制备方法与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114433137A CN114433137A CN202210142664.6A CN202210142664A CN114433137A CN 114433137 A CN114433137 A CN 114433137A CN 202210142664 A CN202210142664 A CN 202210142664A CN 114433137 A CN114433137 A CN 114433137A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- bismuth
- biocl
- photocatalyst
- oxychloride
- microsphere photocatalyst
- 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
- 229940073609 bismuth oxychloride Drugs 0.000 title claims abstract description 127
- BWOROQSFKKODDR-UHFFFAOYSA-N oxobismuth;hydrochloride Chemical compound Cl.[Bi]=O BWOROQSFKKODDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 125
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 40
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 38
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical group CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 23
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000004729 solvothermal method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 6
- OGJPXUAPXNRGGI-UHFFFAOYSA-N norfloxacin Chemical group C1=C2N(CC)C=C(C(O)=O)C(=O)C2=CC(F)=C1N1CCNCC1 OGJPXUAPXNRGGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229960001180 norfloxacin Drugs 0.000 claims description 15
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical group [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims description 10
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 8
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 6
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 claims description 6
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 claims description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 claims description 3
- 238000001782 photodegradation Methods 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 2
- 239000000356 contaminant Substances 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
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 2
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 abstract description 6
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 abstract description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 5
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 abstract description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 abstract description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 abstract description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 238000010525 oxidative degradation reaction Methods 0.000 abstract 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 abstract 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 19
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 19
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 13
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 7
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 4
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 4
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 230000032900 absorption of visible light Effects 0.000 description 3
- 125000003172 aldehyde group Chemical group 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000002077 nanosphere Substances 0.000 description 2
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 1
- 238000009775 high-speed stirring Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000002211 ultraviolet spectrum Methods 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
- B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
- B01J35/51—Spheres
-
- 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
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/08—Heat treatment
-
- 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
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/16—Reducing
-
- 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
-
- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
- Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (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
本发明属于新材料技术领域，涉及一种铋/氯氧化铋微球光催化剂及其制备方法与应用。其制备方法为：将铋源、氯源与有机溶剂混合均匀，然后将混合后的物料进行溶剂热反应，反应后即得；其中，所述有机溶剂为N,N‑二甲基甲酰胺。本发明解决了BiOCl纳米片的二维结构聚集问题，其中的原位生长的可以使Bi和BiOCl之间的界面耦合紧密，解决电荷分离阻力问题，可调节样品在光学和电学中的性质。同时可在可见光下进行污染物的氧化降解。
Description
技术领域
本发明属于新材料技术领域，涉及一种铋/氯氧化铋微球光催化剂及其制备方法与应用。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
由于氯氧化铋(BiOCl)具有由双氯离子和[Bi2O2]2+组成的独特层状晶体结构以及优异的电学、磁学、光学和发光性能，因而可以作为光催化剂。然而，氯氧化铋(BiOCl)作为半导体光催化剂，实现高光催化效率的主要限制是电子-空穴复合率高。金属与半导体复合是改进半导体光催化剂中电子-空穴对的方法之一，金属的电子、光学和磁性很适用于改变半导体特性，如金和银等，能有效促进其光催化性能，因为金属在半导体表面可以形成表面等离子体共振效应，使电荷在半导体和金属之间的转移流畅。
但发明人研究发现，贵金属价格高昂且后合成的金属与半导体界面耦合不强，所以解决上述问题为一项挑战。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种铋/氯氧化铋微球光催化剂及其制备方法与应用，通过铋与氯氧化铋复合，增加了金属与半导体之间界面耦合的紧密性，减少了电荷分离阻力，改善了电子-空穴分离。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一方面，一种铋/氯氧化铋微球光催化剂的制备方法，将铋源、氯源与有机溶剂混合均匀，然后将混合后的物料进行溶剂热反应，反应后即得；其中，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)。
本发明采用的一步溶剂热法制得Bi/BiOCl，利用N,N-二甲基甲酰胺的弱还原性，将BiOCl中部分Bi3+原位还原出单质Bi，而DMF的还原性是其结构里的醛基在起作用，醛基将金属阳离子还原成金属单质，而本身的醛基氧化为羧基。以此制得原位生长的Bi/BiOCl材料。同时本发明通过一步溶剂热法更增加了金属与半导体之间界面耦合的紧密性，减少了电荷分离阻力，改善了电子-空穴分离。还能解决BiOCl纳米片的二维结构聚集问题。
另一方面，一种铋/氯氧化铋微球光催化剂，由上述制备方法获得。
本发明制备的材料，由纳米片组成的三维微球形态的Bi/BiOCl具有较大的比表面积和较高的发光能力，解决了半导体BiOCl材料可见光吸收弱、光催化活性差的问题，金属Bi的SPR效应大大提升了BiOCl材料的光催化活性，使其在污染物降解方面有很好的前景。
第三方面，一种上述铋/氯氧化铋微球光催化剂在降解有机污染物中的应用。
第四方面，一种光降解诺氟沙星的方法，将上述铋/氯氧化铋微球光催化剂加入至诺氟沙星溶液中混合均匀，进行光照。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果。
(1)本发明提出了一种具有良好的普适性的一种一步溶剂热法合成铋/氯氧化铋微球光催化剂的制备方法，该方法反应条件温和，成本低廉，适用于大规模生产，并且可调控材料中的金属含量，找到最适宜的金属比例以达到最好的光催化效率。
(2)本发明的制备过程，通过调整不同溶剂以制得的原位生长金属单质，其具有较好的氮气吸附量以及较大的比表面积，可以提供更多的活性位点。
(3)本发明制备的Bi/BiOCl其在紫外区域的吸收强度比单相BiOCl要强，这表明金属Bi的引入有效地增加了光的吸收，通过调节金属单质含量，减小半导体带隙，使其更适用于可见光的吸收，同时提高光催化降解效率，在对诺氟沙星抗生素的降解过程中Bi/BiOCl的降解率是单相BiOCl材料的4.3倍。可见金属与半导体复合对于光催化活性有极好的提升效果。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1制备得的Bi/BiOCl光催化剂和实施例2制备得的BiOCl材料的X射线衍射图谱；
图2为本发明实施例1制备得的Bi/BiOCl光催化剂和实施例2制备得的BiOCl材料的紫外图谱；
图3为本发明实施例1制备得的Bi/BiOCl光催化剂和实施例2制备得的BiOCl材料的带隙图谱；
图4为本发明实施例1制备得的Bi/BiOCl光催化剂和实施例2制备得的BiOCl材料的氮气吸附-解吸附曲线；
图5为本发明实施例1制备得的Bi/BiOCl光催化剂的扫描电镜图；
图6为本发明实施例1制备得的Bi/BiOCl光催化剂的透射电镜图；
图7为本发明实施例1制备得的Bi/BiOCl光催化剂和实施例2制备得的BiOCl材料的诺氟沙星降解曲线。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
鉴于贵金属与半导体界面耦合不强导致的成本高、性能差等缺陷，本发明提出了一种铋/氯氧化铋微球光催化剂及其制备方法与应用。
本发明的一种典型实施方式，提供了一种铋/氯氧化铋微球光催化剂的制备方法，将铋源、氯源与有机溶剂混合均匀，然后将混合后的物料进行溶剂热反应，反应后即得；其中，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。
本发明通过一步溶剂热法更增加了金属与半导体之间界面耦合的紧密性，减少了电荷分离阻力，改善了电子-空穴分离，从而解决现有催化剂合成成本较高和性能差的问题。
在一些实施例中，所述铋源为硝酸铋，优选为五水合硝酸铋。
在一些实施例中，所述氯源为氯化钾。
在一些实施例中，铋源与氯源的摩尔比为41～45:1，优选为42.5～43.0:1，进一步优选为42.9:1。
在一些实施例中，铋源、氯源与有机溶剂混合的转速为350～450r/min。搅拌时间为28～32min。
在一些实施例中，溶剂热反应的温度为120～160℃，反应时间为6～24h。
在一些实施例中，反应后进行离心洗涤、干燥。对产品进行纯化。
在一些或多种实施例中，离心洗涤的转速为3500～4500r/min。
在一些或多种实施例中，离心洗涤中，分别采用水和乙醇进行。
在一些或多种实施例中，干燥的温度为70～90℃。干燥时间为10～15h。
本发明的另一种实施方式，提供了一种铋/氯氧化铋微球光催化剂，由上述制备方法获得。
本发明获得的催化剂为3D纳米球结构，其具有较好的氮气吸附量以及较大的比表面积，可以提供更多的活性位点。并且制备出的Bi/BiOCl其在紫外区域的吸收强度更强，带隙更小，更适用于可见光的吸收，同时提高光催化降解效率。
本发明的第三种实施方式，提供了一种上述铋/氯氧化铋微球光催化剂在降解有机污染物中的应用。
具体地，所述有机污染物为诺氟沙星。
本发明的第四种实施方式，提供了一种光降解诺氟沙星的方法，将上述铋/氯氧化铋微球光催化剂加入至诺氟沙星溶液中混合均匀，进行光照。
在一些实施例中，光照强度不低于50mW·cm-2。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1
首先将32ml的N,N-二甲基甲酰胺溶剂加入到50ml的烧杯中，其次向其中加入2.9g的Bi(NO3)3·5H2O和0.44g的KCl固体，随后将溶液高速(400r/min)搅拌30分钟，将搅拌后的溶液加入到50ml的聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中160℃持续反应12h。反应后将混合物用三遍水和乙醇洗涤，再在80℃下烘干样品12h，最后进行收集。收集而来的样品将其命名为Bi/BiOCl。
实施例2
向32ml的蒸馏水中加入2.9g的Bi(NO3)3·5H2O和0.44g的KCl固体，随后将溶液(400r/min)搅拌30分钟，将搅拌后的溶液加入到50ml的聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中160℃持续反应12h。在80℃下烘干样品12h，最后进行收集。收集而来的样品将其命名为BiOCl。
实施例3
首先将32ml的N,N-二甲基甲酰胺溶剂加入到50ml的烧杯中，其次向其中加入2.9g的Bi(NO3)3·5H2O和0.44g的KCl固体，随后将溶液高速(400r/min)搅拌30分钟，将搅拌后的溶液加入到50ml的聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中160℃持续反应6h、12h、18h或24h。反应后将混合物用三遍水和乙醇洗涤，再在80℃下烘干样品12h，最后进行收集。收集而来的样品将其命名为Bi/BiOCl-6h、Bi/BiOCl-12h、Bi/BiOCl-18h、Bi/BiOCl-24h。
实施例4
首先将32ml的N,N-二甲基甲酰胺溶剂加入到50ml的烧杯中，其次向其中加入2.9g的Bi(NO3)3·5H2O和0.44g的KCl固体，随后将溶液高速(400r/min)搅拌30分钟，将搅拌后的溶液加入到50ml的聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中120℃、140℃或160℃持续反应12h。反应后将混合物用三遍水和乙醇洗涤，再在80℃下烘干样品12h，最后进行收集。收集而来的样品将其命名为Bi/BiOCl-120℃、Bi/BiOCl-140℃和Bi/BiOCl-160℃。
实施例5
一种铋/氯氧化铋微球光催化剂的测试方法，具体是按以下步骤进行：将制备好的光催化剂(50mg)加入到50ml诺氟沙星溶液(10mg/L)中。为了达到吸附-解吸平衡，悬浮液在室温下黑暗条件中静置20min。然后，采用AM 1.5太阳能发电系统作为光源，配备带AM 1.5滤光片的300W Xe灯，测性能前标定光强为100mW·cm-2。在高速搅拌下照射悬浮液，每隔5分钟取一次8ml溶液，通过0.22μm微孔过滤器过滤溶液中的光催化剂。残留的诺氟沙星使用紫外-可见分光光度计(上海美普达UV-1800BPC)记录紫外-可见吸收光谱。
图1为实施例1制得的Bi/BiOCl光催化剂与实施例2制得的BiOCl材料的X射线衍射图谱，在BiOCl衍射峰中可看到其结晶度较高且无杂峰，而在Bi/BiOCl中有八个BiOCl的典型峰，在2θ＝12.0，25.9，32.6，33.6，46.8，54.2，58.8和68.3°处，对应的晶面分别为(001)，(011)，(110)，(012)，(020)，(121)，(122)和(220)；并且在Bi/BiOCl中有明显的单质Bi的峰，在2θ＝27.2，37.9，39.6，48.7，56.0，62.2和64.5°处，可索引对应的晶面为(012)，(104)，(110)，(202)，(024)，(116)和(122)。图2为实施例1制得的Bi/BiOCl光催化剂与实施例2制得的BiOCl材料的紫外可见光吸收图谱，对比下可知金属Bi的存在导致Bi/BiOCl在400-800nm范围内体现出更强烈的的连续吸收带，对于复合材料Bi/BiOCl，其在紫外区域的吸收强度比单相BiOCl要强，这表明金属Bi的引入有效地增加了光的吸收，并促进了紫外光和可见光范围内光子能量的利用。图3为实施例1制得的Bi/BiOCl光催化剂与实施例2制得的BiOCl材料的带隙图，在图中可以看到单相BiOCl禁带宽度为3.37eV(接近于TiO2)，说明其无法吸收可见光，Bi/BiOCl的禁带宽度为3.05eV，这表明由于金属Bi的存在使得Bi/BiOCl带隙变窄，更适用于可见光的吸收，同时也证明了Bi/BiOCl对目标反应具有更高的光催化活性。图4为实施例1制得的Bi/BiOCl光催化剂与实施例2制得的BiOCl材料的氮气吸附-解吸附曲线，它们在高相对压力下均表现出具有H型滞后回线的IV型等温线，表明具有均匀的介孔结构。图5为实施例1制得的Bi/BiOCl光催化剂的扫描电镜图，可以看出Bi/BiOCl复合材料是由纳米片组装成的的微球结构，纳米球的大小在15μm左右。图6为实施例1制得的Bi/BiOCl光催化剂的透射电镜图，可以看到Bi/BiOCl为典型的2D超薄纳米片结构，且BiOCl纳米片上有大量介孔及原位生长出的单质Bi纳米颗粒。图7为实施例1制得的Bi/BiOCl光催化剂与实施例2制得的BiOCl材料的诺氟沙星降解曲线图，经过20分钟的暗处理后，加可见光，Bi/BiOCl在短短20分钟就能将降解率达到95.2％，而单相BiOCl只能达到22.1％的降解率。Bi/BiOCl相比单相BiOCl的降解速率高达4.3倍。Bi/BiOCl如此显著的降解速度归因于Bi和BiOCl的协同作用。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种铋/氯氧化铋微球光催化剂的制备方法，将铋源、氯源与有机溶剂混合均匀，然后将混合后的物料进行溶剂热反应，反应后即得；其中，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。
2.如权利要求1所述的铋/氯氧化铋微球光催化剂的制备方法，其特征是，所述铋源为硝酸铋，优选为五水合硝酸铋；
或，所述氯源为氯化钾。
3.如权利要求1所述的铋/氯氧化铋微球光催化剂的制备方法，其特征是，铋源与氯源的摩尔比为41～45:1，优选为42.5～43.0:1，进一步优选为42.9:1；
或，铋源、氯源与有机溶剂混合的转速为350～450r/min；优选地，搅拌时间为28～32min；
或，溶剂热反应的温度为120～160℃，反应时间为6～24h。
4.如权利要求1所述的铋/氯氧化铋微球光催化剂的制备方法，其特征是，反应后进行离心洗涤、干燥。
5.如权利要求4所述的铋/氯氧化铋微球光催化剂的制备方法，其特征是，离心洗涤的转速为3500～4500r/min；
或，离心洗涤中，分别采用水和乙醇进行；
或，干燥的温度为70～90℃；优选地，干燥时间为10～15h。
6.一种铋/氯氧化铋微球光催化剂，其特征是，由权利要求1～5任一所述的制备方法获得。
7.一种权利要求6所述的铋/氯氧化铋微球光催化剂在降解有机污染物中的应用。
8.如权利要求7所述的应用，其特征是，所述有机污染物为诺氟沙星。
9.一种光降解诺氟沙星的方法，其特征是，将权利要求6所述的铋/氯氧化铋微球光催化剂加入至诺氟沙星溶液中混合均匀，进行光照。
10.如权利要求9所述的光降解诺氟沙星的方法，其特征是，光照强度不低于50mW·cm-2。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210142664.6A CN114433137B (zh) | 2022-02-16 | 2022-02-16 | 一种铋/氯氧化铋微球光催化剂及其制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210142664.6A CN114433137B (zh) | 2022-02-16 | 2022-02-16 | 一种铋/氯氧化铋微球光催化剂及其制备方法与应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114433137A true CN114433137A (zh) | 2022-05-06 |
| CN114433137B CN114433137B (zh) | 2024-03-29 |
Family
ID=81374209
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210142664.6A Active CN114433137B (zh) | 2022-02-16 | 2022-02-16 | 一种铋/氯氧化铋微球光催化剂及其制备方法与应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114433137B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115069276A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-09-20 | 广州尚洁环保科技股份有限公司 | 一种Bi/BiOCl复合纳米光催化剂在光催化降解挥发性有机物中的应用 |
| CN116212966A (zh) * | 2023-01-10 | 2023-06-06 | 齐齐哈尔大学 | 一种间接z型多组分铋基mof异质结及其制备方法和应用 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103908973A (zh) * | 2014-03-21 | 2014-07-09 | 合肥工业大学 | Bi/BiOCl复合光催化剂、原位还原制备方法及其应用 |
| CN104475133A (zh) * | 2014-12-22 | 2015-04-01 | 聊城大学 | 一种Bi/BiOCl光催化剂的制备方法 |
| CN106334568A (zh) * | 2016-10-08 | 2017-01-18 | 合肥工业大学 | 一种采用溶剂热一步法合成Bi/BiOCl复合纳米结构的方法 |
| CN109550509A (zh) * | 2018-12-11 | 2019-04-02 | 常州大学 | 一种Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂的制备方法及其产品与应用 |
| CN110550657A (zh) * | 2019-08-28 | 2019-12-10 | 河海大学 | 一种水热法制备厚度可调的方形氯氧化铋的方法 |
| WO2021136262A1 (zh) * | 2019-12-31 | 2021-07-08 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种二维纳米复合材料、其制备方法及其应用 |
| CN113244910A (zh) * | 2021-04-30 | 2021-08-13 | 南京奇安威尔环境科技有限公司 | 一种低成本一步半溶法合成Bi/Bi2WO6光催化剂的方法 |
-
2022
- 2022-02-16 CN CN202210142664.6A patent/CN114433137B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103908973A (zh) * | 2014-03-21 | 2014-07-09 | 合肥工业大学 | Bi/BiOCl复合光催化剂、原位还原制备方法及其应用 |
| CN104475133A (zh) * | 2014-12-22 | 2015-04-01 | 聊城大学 | 一种Bi/BiOCl光催化剂的制备方法 |
| CN106334568A (zh) * | 2016-10-08 | 2017-01-18 | 合肥工业大学 | 一种采用溶剂热一步法合成Bi/BiOCl复合纳米结构的方法 |
| CN109550509A (zh) * | 2018-12-11 | 2019-04-02 | 常州大学 | 一种Bi/BiOBr/RGO复合光催化剂的制备方法及其产品与应用 |
| CN110550657A (zh) * | 2019-08-28 | 2019-12-10 | 河海大学 | 一种水热法制备厚度可调的方形氯氧化铋的方法 |
| WO2021136262A1 (zh) * | 2019-12-31 | 2021-07-08 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种二维纳米复合材料、其制备方法及其应用 |
| CN113244910A (zh) * | 2021-04-30 | 2021-08-13 | 南京奇安威尔环境科技有限公司 | 一种低成本一步半溶法合成Bi/Bi2WO6光催化剂的方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| HONG WANG ET AL.: "Highly enhanced visible light photocatalysis and in situ FT-IR studies on Bi metal@defective BiOCl hierarchical microspheres" * |
| YAN ZHENG: "Binary solvent controllable synthesis of BiOCl towards enhanced photocatalytic activity" * |
| 罗静: "探究原位还原铋离子对铋基催化剂光催化性能的影响" * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115069276A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-09-20 | 广州尚洁环保科技股份有限公司 | 一种Bi/BiOCl复合纳米光催化剂在光催化降解挥发性有机物中的应用 |
| CN116212966A (zh) * | 2023-01-10 | 2023-06-06 | 齐齐哈尔大学 | 一种间接z型多组分铋基mof异质结及其制备方法和应用 |
| CN116212966B (zh) * | 2023-01-10 | 2023-10-03 | 齐齐哈尔大学 | 一种间接z型多组分铋基mof异质结及其制备方法和应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114433137B (zh) | 2024-03-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chen et al. | Novel ternary heterojunction photcocatalyst of Ag nanoparticles and g-C3N4 nanosheets co-modified BiVO4 for wider spectrum visible-light photocatalytic degradation of refractory pollutant | |
| Liu et al. | Peroxymonosulfate-assisted for facilitating photocatalytic degradation performance of 2D/2D WO3/BiOBr S-scheme heterojunction | |
| Guo et al. | Effects of morphology on the visible-light-driven photocatalytic and bactericidal properties of BiVO4/CdS heterojunctions: a discussion on photocatalysis mechanism | |
| Luo et al. | Rational design of Z-scheme LaFeO3/SnS2 hybrid with boosted visible light photocatalytic activity towards tetracycline degradation | |
| Yuan et al. | Multi-component design and in-situ synthesis of visible-light-driven SnO2/g-C3N4/diatomite composite for high-efficient photoreduction of Cr (VI) with the aid of citric acid | |
| Ji et al. | Oxygen vacancies modulated Bi-rich bismuth oxyiodide microspheres with tunable valence band position to boost the photocatalytic activity | |
| Yu et al. | Novel rugby-ball-like Zn3 (PO4) 2@ C3N4 photocatalyst with highly enhanced visible-light photocatalytic performance | |
| Li et al. | A novel binary visible-light-driven photocatalyst type-I CdIn2S4/g-C3N4 heterojunctions coupling with H2O2: synthesis, characterization, photocatalytic activity for Reactive Blue 19 degradation and mechanism analysis | |
| Xu et al. | Facile construction of BiOBr/BiOCOOH pn heterojunction photocatalysts with improved visible-light-driven photocatalytic performance | |
| CN114433137A (zh) | 一种铋/氯氧化铋微球光催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN111437867B (zh) | 一种含钨氧化物的复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| Ma et al. | Simple thermal decomposition of bismuth citrate to Bi/C/α-Bi2O3 with enhanced photocatalytic performance and adsorptive ability | |
| Chen et al. | Construction of novel 2D/1D g-C3N4/CaTiO3 heterojunction with face-to-face contact for boosting photodegradation of triphenylmethane dyes under simulated sunlight | |
| CN106807411B (zh) | 一种铁酸镧掺杂溴化银复合光催化剂的制备方法 | |
| CN109569732B (zh) | 一种一锅法制备MIL-100(Fe)/BiOCl复合光催化剂的方法 | |
| Tian et al. | BiOBr@ UiO-66 photocatalysts with abundant activated sites for the enhanced photodegradation of rhodamine b under visible light irradiation | |
| Zhou et al. | Enhanced photocatalytic performance of spherical BiOI/MnO 2 composite and mechanism investigation | |
| CN111420668A (zh) | 一种原位合成α-Bi2O3/CuBi2O4异质结光催化材料的制备方法及应用 | |
| Wei et al. | A stable and efficient La-doped MIL-53 (Al)/ZnO photocatalyst for sulfamethazine degradation | |
| CN109999917B (zh) | 一种降解水体中有机污染物的共价有机骨架基复合光催化剂及制备方法 | |
| Liu et al. | Biomass assisted synthesis of 3D hierarchical structure BiOX (X Cl, Br)-(CMC) with enhanced photocatalytic activity | |
| Zhao et al. | BiOBr nanoflakes with engineered thickness for boosted photodegradation of RhB under visible light irradiation | |
| Li et al. | Synergetic effect of photocatalysis and peroxymonosulfate activation by MIL-53Fe@ TiO 2 on efficient degradation of tetracycline hydrochloride under visible light irradiation | |
| CN115703077B (zh) | 一种PB@MoS2催化剂在非均相类芬顿反应中的应用 | |
| CN113145154B (zh) | 一种光催化还原含铬(vi)废水复合催化剂的制备方法 |
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 |