一種用于光催化的金復載碳酸氧鉍材料及制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于無機納米材料和環境污染治理技術領域，具體涉及一種可用于降解污染物(染料)的具有高效光催化活性的金復載碳酸氧鉍材料及制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著人口的急劇膨脹和工業的快速發展，環境污染問題已經成為影響人類生產、生活的首要問題。各國政府都將環境污染治理列為現階段以及未來幾年的頭等大事。特別是印染行業中甲基橙等大量水溶性偶氮染料的大量排放，使人類賴以生存的水質日益惡化。這些污染物質多難生物降解，一旦進入水體，由于其在水體中自然降解過程緩慢，其危害性延滯較長。光催化反應可以將污染物在光照條件下完全礦化為各種無機離子，因此在環境治理方面得到了廣泛關注，關于光催化劑的研發，成為目前國內外的研究熱點。
[0003]納米光催化劑由于具有尺寸小、比表面積大、表面原子配位不全等特點，從而導致其表面的活性位較多，形成了凸凹不平的原子臺階，在作為催化劑使用時可以增大與反應物的接觸面積，因此，和傳統催化劑相比，具有更高的催化活性。在光催化領域，納米材料作為催化劑時能使水中的有害有機物質最終分解，避免其對環境的污染。研究表明，納米材料的反應速度是大塊材料的100?1000倍，而且與普通粒子相比，納米材料幾乎不會引起光的散射，因此是極具應用前景的光催化劑。
[0004]到目前為止，人們已經用多種方法制備出了不同形貌的納米碳酸氧鉍。雖然制備方法很多，但仍都存在一些不足，并且其量子效率有限，無法作為合適的光催化材料。貴金屬沉積是一種有效提高材料催化性能的方法，尋求高催化活性的光催化材料是光催化技術發展的關鍵。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種可用于降解污染物(染料)的具有高效光催化活性的金復載碳酸氧鉍材料及制備方法。
[0006]本發明提供的方法是首先通過水熱反應過程制備出碳酸氧鉍，再利用貴金屬沉積的方法在碳酸氧鉍表面沉積尺寸可控的納米金顆粒，所得金復載碳酸氧鉍在污染物治理方面具有很好的應用前景。具體包括以下步驟:
1)配置碳酸鈉[Na2CO3]、檸檬酸鉍銨[C6H13BiN2O7.H2O]、水溶液，室溫下攪拌至溶液呈懸浮液；
2)將上述懸浮液移入聚四氟乙烯反應釜中，放入烘箱中160°C反應24h，自然冷卻，得至_沉淀離心、洗滌、干燥，即得到碳酸氧鉍微球；
3)稱取上述固體同尿素、水、氯金酸一起放入圓底燒瓶中，磁力攪拌，水浴加熱條件下，8(TC、4h ；
4)反應結束后，自然冷卻，將沉淀離心、洗滌、干燥，最后將樣品放入馬弗爐中一定溫度保溫2h，即得到金負載的碳酸氧鉍。
[0007]本發明中，步驟(I)中所述碳酸鈉、檸檬酸鉍銨的摩爾比例為1: 2，水的體積根據反應釜填充度(30%?90% )確定；步驟(2)中所述樣品的洗滌分別使用水和乙醇，各3次；步驟(3)中所述尿素和氯金酸摩爾濃度一致，具體含量根據負載量換算，步驟(4)中所述馬弗爐溫度為200?450 °C。
[0008]與現有技術相比，本發明具有如下有益效果:
本發明方法使用兩步法制備了表面負載金顆粒的碳酸氧鉍光催化材料，通過在碳酸氧鉍表面沉積金顆粒，所得金復載碳酸氧鉍對染料甲基橙的降解具有很好的催化效果。
【附圖說明】
[0009]圖1是制備的金復載碳酸氧鉍的SEM圖。
[0010]圖2是制備的金復載碳酸氧鉍中高倍下金的SEM圖。
[0011 ] 圖3是制備的金復載碳酸氧鉍的XRD圖。
【具體實施方式】
[0012]下面結合實施例對本發明進行進一步說明。本發明的生產技術對本專業的人來說是容易實施的。本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規條件，或按照制造廠商所建議的條件。
[0013]實施例
[0014]稱取0.46g 碳酸鈉[Na2CO3]、1.6g 檸檬酸鉍銨[C6H13BiN2O7.H2O]加入到 70ml 水中，室溫下攪拌至溶液呈懸浮液。
[0015]將上述懸浮液移入10ml聚四氟乙烯反應釜中反應，160°C反應24h，自然冷卻，得到的沉淀離心、洗滌、干燥，即得到碳酸氧鉍微球。
[0016]稱取0.5g碳酸氧鉍，1.26尿素加入到50ml水中，同時加入2.6mM氯金酸，一起放入圓底燒瓶中，磁力攪拌，水浴加熱條件下，80°C反應4h。
[0017]反應結束后，自然冷卻，將沉淀離心、洗滌、干燥，最后將樣品放入馬弗爐中350°C保溫2h，即得到金負載的碳酸氧鉍。
[0018]材料的光催化性能測試
準確稱量0.1g的金負載碳酸氧鉍材料加入10ml甲基橙(MO)溶液(10mg/L)中，超聲分散；所得懸浮液避光攪拌Ih使材料達到吸附平衡；平衡后取出3ml懸浮液，開啟150W氙燈照射，每隔1min取3ml懸浮液于離心管中，總反應時間Ih ;反應結束，取出的各個樣品經離心分離后，取上清液用紫外-可見分光光度計測其在465nm左右的吸光度，從而反映各個降解時間段后剩余甲基橙的濃度，以此來反映本方法制得的金負載碳酸氧鉍光催化劑降解甲基橙的效果。
【主權項】
1.一種用于光催化的金負載的碳酸氧鉍納米材料，其特征在于該材料微觀結構為直徑約2-5um的球狀，球體有均勻的片狀結構堆疊構成，納米片厚度約10-50 nm，同時金顆粒均勻粘附在球體表面，顆粒直徑小于10nm，成分為JCPDS編號84-1752斜方相結構的碳酸氧祕。2.如權利要求1所述的金負載的碳酸氧祕納米材料的制備方法，其特征在于具體合成步驟如下: (1)配置碳酸鈉[Na2CO3]、檸檬酸鉍銨[C6H13BiN207*H20]、水溶液，室溫下攪拌至溶液呈懸浮液； (2)將上述懸浮液移入聚四氟乙烯反應釜中，放入烘箱中160°C反應24h，自然冷卻，得至_沉淀離心、洗滌、干燥，即得到碳酸氧鉍微球； (3)稱取上述固體同尿素、水、氯金酸一起放入圓底燒瓶中，磁力攪拌，水浴加熱條件下，8(TC、4h ； (4)反應結束后，自然冷卻，將沉淀離心、洗滌、干燥，即得到金負載的碳酸氧鉍。3.如權利要求2所述的金負載的碳酸氧鉍納米材料制備方法，其特征在于步驟(I)中所述碳酸鈉、檸檬酸鉍銨的摩爾比例為1: 2，水的體積根據反應釜填充度(30%~ 90%)確定。4.如權利要求2所述的金負載的碳酸氧鉍納米材料制備方法，其特征在于步驟(2)中所述樣品的洗滌分別使用水和乙醇，各3次。5.如權利要求2所述的金負載的碳酸氧鉍納米材料制備方法，其特征在于步驟(3)中所述尿素和氯金酸摩爾濃度一致，具體含量根據負載量換算。6.如權利要求2所述的金負載的碳酸氧鉍納米材料制備方法，其特征在于步驟(4)中所述馬弗爐溫度為200~ 450°C。
【專利摘要】本發明涉及一種用于光催化的金負載碳酸氧鉍材料及其制備方法，屬于無機納米材料領域。金負載碳酸氧鉍微球的制備為：首先將檸檬酸鉍銨和碳酸鈉加入到水中，攪拌獲得均勻的懸浮溶液，然后將溶液放入水熱反應釜中160℃、24h進行水熱反應，最后將反應得到的沉淀物離心、洗滌、干燥得到碳酸氧鉍納米球。復載金的過程為：將上述制備的碳酸氧鉍和尿素、氯金酸、水一起在水浴條件下80℃、4h進行反應，自然冷卻后洗滌、干燥即得到金復載的碳酸氧鉍納米球。所制備的金復載碳酸氧鉍納米球物相為JCPDS編號為84-1752的斜方相的碳酸氧鉍，形狀為球狀，直徑約2~5？um，表面金顆粒約5~10nm。
【IPC分類】C02F1/30, C02F101/30, B01J27/232
【公開號】CN105126888
【申請號】CN201510646202
【發明人】劉碧桃, 陳源, 莫瓊花, 閆雪蓮, 李璐
【申請人】重慶文理學院
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年10月9日