I光催化劑及其水熱-熱分解制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光催化材料研究技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)計一種呈納米介孔微球狀的Bi5O7I 光催化劑及其水熱-熱分解制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，鉍的鹵氧化物，BiOX(X = Cl ,Br，I )，屬于P區(qū)化合物，它們通常呈現(xiàn)層狀的 晶體結(jié)構(gòu)肩族元素層[XmF與鉍氧層[Bi2O 2]2+之間的靜電作用能夠促進(jìn)光生電子-空穴對 的分離，雙層排列的X(X = C1，Br，I)原子層之間由X(X = C1，Br，I)原子通過非鍵力結(jié)合，結(jié) 合力較小，結(jié)構(gòu)疏松，因此這種層狀結(jié)構(gòu)非常容易沿[001]方向解離，進(jìn)而形成片狀納米結(jié) 構(gòu)。因此鉍的齒氧化物在光催化領(lǐng)域中有獨(dú)特的優(yōu)勢。
[0003] 除鉍的鹵氧化物Bi0X(X:0=l:l)外，鉍的鹵氧化物中仍有一些其他的結(jié)構(gòu)的BiOX (X:0〈1)的化合物，例如Bi3O4Cl，Bi4〇5Br2 ,Bi4O5I2 ,Bi7O9I3 ,Bi5O7I等，同樣獲得了越來越多 的關(guān)注。據(jù)報道，Bi5O 7I作為其中之一，對常見羅丹明B染料，無論在水還是在乙醛溶液中，都 表現(xiàn)出了其高效的光催化活性，且密度泛函理論計算的結(jié)果表明，Bi 5O7I的導(dǎo)帶底部主要由 Bi 6p軌道組成，價帶頂部主要由I5p和02p軌道組成，使得Bi5O7I作為一種具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)且 具有良好光催化活性的光催化劑引起廣大研究者的興趣。
[0004] 隨著Bi5O7I越來越受到研究者的關(guān)注，不同的制備工藝也在被探索，不同的制備方 法中所用到鉍的原料也不同，比如，Bi2〇3，Bi(N〇3) 3 · 5H2〇，BiCl3等。雖然這些方法都可以成 功用于制備Bi5O7I,但最終所獲得樣品的催化活性卻完全不同，有的甚至根本不具有光催化 活性。因此，研究一種工藝簡單且具有較好光催化性能的Bi 5O7I的制備方法成為一項(xiàng)重要任 務(wù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種形貌分布均勻、穩(wěn)定性強(qiáng)并且具有良好光催化性能的 納米介孔微球狀Bi5O 7I光催化劑。
[0006] 同時，本發(fā)明還提供了一種用水熱-熱分解法制備上述納米介孔微球狀Bi5O7I光催 化劑的方法，其反應(yīng)時間短，工藝流程簡單，原料成本較低。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0008] 該Bi5O7I光催化劑呈納米介孔微球狀，微球粒徑為1~5μπι，微球表面介孔孔徑為7 ~9nm〇
[0009] 用水熱-熱分解法制備上述納米介孔微球狀Bi5O7I光催化劑的方法，由以下步驟組 成：
[0010] (1)將Bi(NO3)3 · 5H2〇和KI分別溶于乙二醇溶液中，使鉍鹽溶液中Bi(NO3)3 · 5H2〇 溶解濃度為〇. 09~0. lmol/L，碘鹽溶液中KI的溶解濃度為0.13~0.17mol/L，超聲振蕩至完 全溶解，得到鉍鹽溶液和碘鹽溶液；
[0011 ] (2)將步驟⑴所得碘鹽溶液緩慢加入祕鹽溶液中，使nBi: ηι = O · 85~I: I，磁力攪 拌40~60min后，形成前驅(qū)體BiOI;
[0012] (3)將前驅(qū)體BiOI放入聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，填充比為50~90%，恒溫反應(yīng)溫度 120~180°C，保溫時間10~12h，將生成的沉淀取出，用去離子水和無水乙醇洗滌，在60~80 °C下干燥6~10h，制成了 BiOI粉體；
[0013] (4)將BiOI粉體在管式爐中425~525°C加熱，保溫2~3h，制成納米微球狀Bi5O 7I光 催化劑。
[0014] 上述步驟(1)中超聲振蕩條件為:在頻率為70~IOOHz條件下超聲振蕩20~30min。
[0015] 上述步驟（3)的優(yōu)選條件是：將前驅(qū)體BiOI放入聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，填充比為 65%，恒溫反應(yīng)溫度130~160°C，保溫時間10~12h，將生成的沉淀取出，用去離子水和無水 乙醇洗滌，在80°C下干燥8h，制成了 BiOI粉體。
[0016] 本發(fā)明提供的納米介孔微球狀Bi5O7I光催化劑，呈納米介孔微球狀，其形貌均勻， 穩(wěn)定性好，粉體細(xì)致，相比較傳統(tǒng)的棒狀和片狀形貌，增大了催化過程中催化劑與染料的接 觸面積，從而大大增強(qiáng)其光催化性能，不僅對于傳統(tǒng)染料(羅丹明B、甲基橙等）的催化降解 具有良好的效果，而且對較難降解的非染料型污染物(苯酚、雙酚A等)也具有較強(qiáng)的光催化 性能，此外本發(fā)明采用水熱-熱分解法制備，綜合了水熱法和熱分解法的優(yōu)點(diǎn)，具有分散性 好、可控性強(qiáng)、環(huán)境污染小、反應(yīng)時間短、工藝流程簡單，原料成本較低等優(yōu)點(diǎn)，適于工業(yè)化 推廣應(yīng)用。
【附圖說明】
[0017]圖1是實(shí)施例1~5制得的樣品的XRD圖。
[0018] 圖2是實(shí)施例1制得的樣品的電鏡掃描圖。
[0019] 圖3是實(shí)施例2制得的樣品的電鏡掃描圖。
[0020]圖4是實(shí)施例3制得的樣品的電鏡掃描圖。
[0021]圖5是實(shí)施例4制得的樣品的電鏡掃描圖。
[0022]圖6為傳統(tǒng)棒狀Bi5O7I的電鏡掃描圖。
[0023]圖7為傳統(tǒng)片狀Bi5O7I的電鏡掃描圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合優(yōu)選的實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步說明，實(shí)施例所用原料均 為分析純。
[0025] 實(shí)施例1
[0026] (1)將稱量好的Bi(NO3)3 · 5H20置于30mL乙二醇溶液中，使Bi(NO3)3 · 5H20的溶解 濃度為〇.〇9mol/L，同時將稱量好的KI置于20mL乙二醇溶液中，使KI的溶解濃度為0· 15mol/ L，將其分別在頻率為90Hz條件下超聲振蕩25min，至其完全溶解，分別配制成鉍鹽溶液A和 碘鹽溶液B。
[0027] (2)將碘鹽溶液B溶液緩慢加入到鉍鹽溶液A中，使nBi:m = 0.9:1，磁力攪拌60min， 制得前驅(qū)體BiOI溶液。
[0028] (3)將前驅(qū)體BiOI溶液放入聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，填充比為50%，將反應(yīng)釜置于恒 溫加熱箱中，設(shè)定反應(yīng)溫度為180°C，保溫時間為10h，反應(yīng)完成后，自然冷卻至室溫，取出反 應(yīng)釜中的黃色沉淀物，用去離子水洗滌3次，再用無水乙醇洗滌1次，80°C下恒溫干燥6h，得 到前驅(qū)物BiOI粉體。
[0029] (4)將BiOI粉體放入管式爐中，設(shè)定反應(yīng)溫度為425°C，保溫時間為2.5h，最后得到 Bi5O71 粉體。
[0030] 將所得產(chǎn)物Bi5O7I粉體用X射線衍射儀和掃描電鏡進(jìn)一步分析，所得XRD圖如圖1 (a) 所示，SEM掃描樣品形貌圖為圖2。
[0031] 經(jīng)分析，圖1(a)顯示，本實(shí)施例所得樣品無雜峰，圖2為均勻納米微球，微球表面介 孔的平均孔徑為7 · 5nm，微球粒徑為1~2 · 5μπι〇
[0032] 按照常規(guī)方法對本實(shí)施例所得產(chǎn)品的光催化性能進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果在可見光下45分 鐘后對10mg/L的羅丹明B(RhB)的光催化降解完成了92%，同樣條件下120分鐘后對10mg/L 甲基橙(MO)的光催化降解完成了 96%。
[0033] 實(shí)施例2
[0034] (1)將Bi(NO3)3 · 5H20和KI分別置于22. ImL和20mL乙二醇溶液中，使鉍鹽溶液中Bi (NO3)3 · 5H20溶解濃度為0. lmol/L，碘鹽溶液中KI的溶解濃度為0.13mol/L，在頻率為IOOHz 條件下超聲振蕩30min，至其完全溶解，分別配制成鉍鹽溶液A和碘鹽溶液B。
[0035] (2)將碘鹽溶液B溶液緩慢加入到鉍鹽溶液A中，使nBi: m = 0 · 85 :1，磁力攪拌 50min，制得前驅(qū)體BiOI溶液。
[0036] (3)將前驅(qū)體BiOI溶液放入聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，填充比為65%，將反應(yīng)釜置于恒 溫加熱箱中，設(shè)定反應(yīng)溫度為160°C，保溫時間為12h，反應(yīng)完成后，自然冷卻至室溫，取出反 應(yīng)釜中的黃色沉淀物，用去離子水洗滌3次，再用無水乙醇洗滌1次，70°C下恒溫干燥8h，得 到前驅(qū)物BiOI粉體。
[0037] (4)將BiOI粉體放入管式爐中，設(shè)定反應(yīng)溫度為450°C，保溫時間為2h，最后得到 Bi5O71 粉體。
[0038]將所得產(chǎn)物Bi5O7I粉體用X射線衍射儀和掃描電鏡進(jìn)一步分析，所得XRD圖如圖1 (b) 所示，