[發(fā)明專利]一種氧化鉍光催化劑及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510214225.1
• 申請(qǐng)日: 2015-04-29
• 公開（公告）號(hào): CN104826623B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖信;南俊民;涂舜恒;左曉希
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南師范大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/18
• 分類號(hào): B01J23/18;C01G29/00
• 代理公司: 廣州科粵專利商標(biāo)代理有限公司44001
• 代理人: 劉明星

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于新型半導(dǎo)體光催化材料領(lǐng)域，具體涉及一種氧化鉍光催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體光催化劑可以在紫外光或可見光的照射下可對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)行光催化降解，使其分解成小分子化合物，最后礦化生成水和二氧化碳；具有效率高、成本低、低能耗、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，因此受到環(huán)境、材料、能源等領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者的廣泛關(guān)注和重視。常用的光催化劑為納米二氧化鈦，但其存在著光量子效率低，太陽能利用率低，僅在紫外光區(qū)有響應(yīng)等缺點(diǎn)，嚴(yán)重制約了光催化技術(shù)在實(shí)際工業(yè)和生活上的大規(guī)模運(yùn)用。解決這一問題的主要途徑包括對(duì)二氧化鈦的結(jié)構(gòu)和組成進(jìn)行改性，或者開發(fā)非二氧化鈦的新型光催化劑。

鉍基化合物具有帶隙小、活性高、無毒和價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，近年來逐漸成為新型光催化劑開發(fā)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。在含鉍半導(dǎo)體材料中，氧化鉍因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)可見光具有良好的吸收、光生載流子不易復(fù)合、具有高的氧化能力以及無毒性等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。目前國內(nèi)外制備氧化鉍納米顆粒的方法主要是水熱法，需要高溫高壓的反應(yīng)條件，為其規(guī)模化生產(chǎn)帶來了較大的困難和危險(xiǎn)性，大大制約了氧化鉍納米材料在工業(yè)上的應(yīng)用。而且，這些方法所需要的溫度大都在150℃以上，反應(yīng)時(shí)間通常為12小時(shí)以上，是一種能耗極高的合成途徑。此外，水熱合成過程中通常會(huì)加入表面活性劑或者通過酸堿調(diào)節(jié)體系pH值來控制材料的形貌，這樣不僅導(dǎo)致生產(chǎn)成本的提高，而且排出的廢水也可能引起環(huán)境污染。

公開號(hào)為CN103861580A的中國專利“一種納米球狀氧化鉍光催化劑的制備方法及應(yīng)用”是將含鉍化合物和葡萄糖酸鈉溶于水中，調(diào)節(jié)pH至10～13,得到混合溶液，再將混合溶液放入高壓反應(yīng)釜中，密封后在120～180℃保持18～24小時(shí)，冷卻至室溫，將高壓反應(yīng)釜內(nèi)的溶液分離，取出沉淀，干燥后在400～600℃焙燒，得到納米球狀α相氧化鉍光催化劑。公開號(hào)為CN102320657A的中國專利“一種γ相氧化鉍的制備方法”是以α相或β相氧化鉍為原料，溶劑為去離子水，在加入去離子水后，α相或β相氧化鉍原料濃度為0.01～3M，將所述的原料在去離子水中分散均勻后，加入濃度為1～10M的pH調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)pH值至12.5～14，裝入帶聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜放入烘箱，在120℃～220℃的溫度范圍內(nèi)保溫1～48小時(shí)，冷卻至室溫，洗滌后，得到γ相Bi₂O₃。

上述兩個(gè)專利雖然都成功運(yùn)用水熱法制備出氧化鉍納米材料，但是如何在溫和的常壓和低溫條件下大規(guī)模制備出性能優(yōu)越、純度高的納米級(jí)β相氧化鉍尚未見諸報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是提供一種能夠在溫和的常壓和低溫條件下大規(guī)模制備出性能優(yōu)越、純度高的納米級(jí)β相氧化鉍的氧化鉍光催化劑及其制備方法。

本發(fā)明的氧化鉍光催化劑是通過以下方法制備的，其特征在于，將含鉍化合物和L-天冬酰胺溶解在水中，得到均勻溶液，然后在80～160℃下保溫4～8小時(shí)，冷卻后將沉淀取出洗滌干燥，在320～440℃焙燒1～4小時(shí)，得到氧化鉍光催化劑。

所述的含鉍化合物優(yōu)選為硝酸鉍。

優(yōu)選，所述的含鉍化合物和L-天冬酰胺是按照物質(zhì)的量之比1:(2～9)溶解在水中。

所述的洗滌是先用水洗滌，再用乙醇洗滌。

本發(fā)明還提供了上述氧化鉍光催化劑在可見光下催化降解有機(jī)污染物中的應(yīng)用。

本發(fā)明利用含鉍化合物和L-天冬酰胺在常壓和低溫的條件下反應(yīng)生成二者的配合物前驅(qū)體，通過焙燒后，前驅(qū)體作為自犧牲模板分解和轉(zhuǎn)化為納米花狀β相氧化鉍可見光催化劑。該納米花狀β相氧化鉍具有更高的均勻性、粒度較細(xì)、顆粒尺寸分布窄、且具有一定形貌，所制備的氧化鉍平均晶粒尺寸約為50納米，再由這些晶粒構(gòu)成的納米三維花狀結(jié)構(gòu)平均直徑是300～600納米。

本發(fā)明的制備方法非常簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)條件要求很低，最終產(chǎn)品納米花狀β相氧化鉍，其純度高，產(chǎn)率高，節(jié)約成本和能源。本發(fā)明解決了運(yùn)用水熱法無法大規(guī)模生產(chǎn)氧化鉍的缺點(diǎn)，解決了以前不能在常壓條件下制備和不能在較寬烘燒溫度范圍獲得純?chǔ)孪嗟碾y題，為氧化鉍在環(huán)境治理方面的廣泛應(yīng)用提供了一種新的方法。同時(shí)，本發(fā)明所得產(chǎn)物的產(chǎn)率較高，節(jié)約原料和生產(chǎn)成本。另外，原料L-天冬酰胺是一種氨基酸，對(duì)人體和其它生物無毒害作用，在生產(chǎn)和使用過程中不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染。本發(fā)明的納米花狀β相氧化鉍是納米級(jí)，顆粒尺寸均一，太陽能利用率較高，量子效率較高，因此，具有較高的可見光催化活性，可以廣泛應(yīng)用于有機(jī)污染物的催化降解，并可以在其它光電設(shè)備和工業(yè)催化劑等領(lǐng)域進(jìn)行使用。

附圖說明：