)光催化劑的低溫制備方法
【技術領域】
[0001]本發明是一種γ -Bi2O3光催化劑的低溫制備方法，屬于材料制備領域。
【背景技術】
[0002]Bi2O3作為一種功能性半導體材料已經滲透到人類的生產和生活中，特別是在電子陶瓷工業、有機合成催化等領域已得到廣泛應用。同時氧化鉍因其獨特的光學性能，使其在能源利用與環境保護方面顯示出誘人的前景，被認為是一種潛在的光催化劑材料。Bi2O3屬于P-型半導體，是一種先進的半導體光催化材料。Bi2O3具有多種晶體結構:面心立方相S-Bi2O3，體心立方相γ-Bi2O3，四方相β-Bi2O3，單斜相Ct-Bi2O30隨晶體結構的不同，帶隙寬度在2.38-3.96 eV之間變化。由于不同晶型之間禁帶寬度差別較大，作為光催化劑時，其光催化活性也表現出較大的差異。
[0003]γ -Bi203因其理想的禁帶寬度和高效的電子和空穴分離效率，在Bi 203的三種晶型中，被認為是光催化效果最好的氧化鉍晶型。但是Y-Bi2O3為高溫亞穩晶相，難以在低溫條件下合成與制備。Y-Bi2O3的生產大多采用高溫煅燒和其它一些高溫處理，例如:專利CN 102491417A中公開了一種花球形γ-Bi2O3制備方法，但是該發明采用的是水熱合成方法，需要在同時具備高溫高壓條件下才能進行，對實驗設備的耐壓性及耐熱性都有很高的要求，而且所制備產品的純度較低。文獻Weichang Hao等(J.Mater.Sc1.Technol.,2014，30 (2)，192-196)通過沉淀法生產出前驅體，在353°C條件下干燥12 h，然后再經過773°C條件下焙燒2 h，反應過程中需要長時間高溫干燥及焙燒，而且制備路線較為復雜，使催化劑的制備成本增高，限制了其實際應用。
【發明內容】
[0004]本發明就是針對上述問題，提供一種Y -Bi2O3的低溫制備方法。本發明操作簡單、安全性好，并且制備的產品具有產品純度高、穩定、光催化活性高的特點。
[0005]一種γ -Bi2O3光催化劑的低溫制備方法，包括如下步驟:
(1)將Bi(NO3) 3.5Η20溶于稀硝酸中配制一定濃度的Bi (NO3) 3的硝酸溶液；
(2)配制一定濃度的強堿性水溶液，并將其置于特定溫度的水浴條件，恒溫加熱；
(3 )將步驟(I)中Bi (NO3) 3的硝酸溶液緩慢滴加入強堿性水溶液中，并在恒溫水浴條件下反應一定時間；
(4)將步驟(3)得到的產物冷卻至室溫，經過過濾、洗滌、干燥即可得到 γ -Bi2O30
[0006]步驟⑴中所述的Bi (NO3) 3的濃度為0.1-9 mol/L。
[0007]步驟⑴中所述的稀硝酸的濃度為0.02-5 mol/L。
[0008]步驟⑵中所述的堿性溶液為NaOH或KOH的水溶液。
[0009]步驟(2)中所述的堿性溶液NaOH或KOH的濃度為0.5-20 mol/L。
[0010]步驟(3)中所述的水浴溫度范圍為50~95°C。
[0011]步驟(3)中所述的反應時間為0.5~24 h。
[0012]步驟⑷中所述的產物在30~90°C條件下烘干2~24 h。
【附圖說明】
[0013]圖1為實施例1中γ -Bi2O3樣品的X射線衍射(XRD)圖；
圖2為對比例I中a -Bi2O3樣品的X射線衍射(XRD)圖；
圖3為光照180 min時，對比例I中a -Bi2O3、實施例1中γ-Bi2O3樣品對羅丹明B的光催化降解率圖；
圖4為對比例2中α / γ _Bi203、實施例2中γ -Bi2O3樣品的X射線衍射(XRD)圖；
圖5為實施例2中Y-Bi2O3樣品對羅丹明B的光催化降解率圖；
圖6為對比例2中α和γ混合晶相氧化鉍(α / γ -Bi2O3)的掃描電鏡圖；
圖7為實施例3中γ-Bi2O3樣品的掃描電鏡圖；
圖8為實施例3中Y-Bi2O3樣品對羅丹明B的光催化降解率圖。
【具體實施方式】
[0014]為了進一步說明本發明，列舉以下實施例，但它并不限制各附加權利要求所定義的發明范圍。
[0015]實施例1
γ-Bi2O3光催化材料的低溫制備及光催化活性
1.1 Y-Bi2O3光催化材料的低溫制備方法包括如下步驟:
(1)將扮(勵3)3.5!120溶于Imol/L的硝酸中，配制成濃度為0.5 mol/L的Bi (NO3) 3的硝酸溶液；
(2)配置濃度為2mol/L的NaOH溶液，將NaOH溶液放入水浴鍋中加熱到75°C，恒溫；
(3)將步驟(I)中Bi(NO3)3的硝酸溶液緩慢滴加入步驟(2)中的NaOH溶液，溫度保持在 75 0C ；
(4)當滴加結束后，繼續保持75°C恒溫反應3h ；
(5)停止反應后將得到的產物冷卻至室溫，用去離子水和無水乙醇洗滌，在60°C干燥12h，即可得的γ -Bi2O3O
[0016]圖1 為 γ -Bi2O3樣品的 XRD 譜圖，在 2 Θ =24.7。、27.7。、30.4。、32.9。、41.7°、52.5。、54.2。、55.6。處觀察到屬于γ-Bi2O3的特征衍射峰，這些衍射峰與JCPDF(#74-1375)中γ-Bi2O3標準衍射峰一致，說明實施例1中得到的產物為γ_Β? 203。另夕卜，XRD衍射圖譜中無雜質峰且衍射峰尖銳，說明所生產的Y-Bi2O3的純度與結晶度都較尚O
[0017]1.2 γ-Bi2O3光催化材料的光催化活性
利用光催化降解羅丹明B為模型反應，考察了 γ-Bi2O3樣品的光催化活性。容積為60mL的反應器上方懸有125 W高壓汞燈光源。在反應器中加入初始濃度為10 mg/L的羅丹明B水溶液60 mL和0.06 g的催化劑(γ_Β?203)，攪拌以構成懸浮體系。在汞燈光源的照射下進行光降解反應。在開燈之前，反應溶液在黑暗條件下攪拌30 min以達到吸附平衡。光照之后，每隔一定時間取相同體積的上層清夜，離心后取上層清液在羅丹明B的553 nm吸收波長處測定其吸光度值，根據標準曲線確定亞羅丹明B的濃度。
[0018]分析方法:在羅丹明B的最大吸收波長處分析濾液中羅丹明B的濃度，因為濃度與吸光度成正比，羅丹明B的光致降解率D可由下式求出:
D = (A0-A )/ A0, 100%
其中，A。為光照理論羅丹明B的吸光度，A為光照時間為t時羅丹明B的吸光度。
[0019]圖3為實施例1中Y-Bi2O樣品對羅丹明B的光催化降解率圖，從圖中可以看出，在光催化劑加入量為0.06 g、羅丹明B的體積為60 mL(10 mg/L)、光照180 min的條件下，Y-Bi2O3對羅丹明B的降解率可達到72 %，說明γ-Bi2O3具有優異的光催化活性。
[0020]對比例I
a-Bi2O3光催化材料的低溫制備及光催化活性
按照實施例1相同的操作過程，與實施例1不同之處在于，實施例1步驟(4)中的75°C恒溫反應時間為10 min。圖2為對比例I中樣品的XRD譜圖，在2 Θ =25.8° ,26.9°、27.4° ,28.0°