一種經(jīng)硝酸處理的碳纖維負載鹵氧化鉍納米花及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種經(jīng)硝酸處理的碳纖維負載鹵氧化鉍納米花及其制備方法，將含鹵的離子液和硝酸鉍分別溶解到乙二醇甲醚中，溶解完全后將含鹵的離子液溶液緩慢加入到硝酸鉍溶液中，攪拌混合均勻，倒進聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應釜中，然后將硝酸處理的碳纖維置于釜中，在150-160℃烘箱中反應0.5-6h，自然冷卻后，經(jīng)洗滌、干燥得產(chǎn)物。本發(fā)明實現(xiàn)BiOX的重復使用和解決了二次污染的問題，ACF具有較好的吸附性能，可以吸附有機污染物，有利于光催化。
【專利說明】一種經(jīng)硝酸處理的碳纖維負載南氧化鉍納米花及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種經(jīng)硝酸處理的碳纖維負載BiOX (X=C1，Br)納米花的制備方法，屬于光催化降解有機污染物的環(huán)?！炯夹g領域】。
【背景技術】
[0002]近年來，光催化技術在治理環(huán)境污染和解決能源短缺問題方面應用越來越廣泛。如:通過太陽能分解廢水中的有機污染物，利用太陽光分解水產(chǎn)生氫能源。目前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)很多的光催化劑，而BiOX是一種新興的高效光催化材料，它們具有層狀結構，能夠有效的使光生電子和空穴分離，同時能夠響應可見光，且無毒、成本比較低，因此BiOX引起了學者們的強烈關注，已經(jīng)成為光催化領域中非常重要的材料，有望實現(xiàn)工業(yè)化。但是，目前光催化技術實際工業(yè)應用還處于基礎研究階段，還有很多的難題需要解決，而光催化劑使用完成后從水中的回收，從而實現(xiàn)重復利用和避免二次污染，這是光催化劑工業(yè)應用中的一個重要挑戰(zhàn)。
[0003]專利CN101653732A公開了一種分子篩負載鹵氧化鉍光催化劑、制備方法及其應用，屬于光催化【技術領域】，本發(fā)明的催化劑是以SBA-15、ZSM-5、HY中的一種或幾種為載體，鹵氧化鉍為活性組分構成的負載型催化劑；其制備分兩步:分子篩浸潰于硝酸鉍和氟化銨或氯化銨的有機溶液；加入沉淀劑制備負載齒氧化鉍催化劑。該種負載催化劑分布不均勻，出現(xiàn)團聚現(xiàn)象，影響光催化效果。
[0004]目前，有少量文獻報道了碳纖維負載二氧化鈦降解有機污染物的研究，實現(xiàn)了TiO2的重復使用、解決了二次污染，同時提高了 TiO2的光催化性能。因此，如果負載BiOX在碳纖維上，將實現(xiàn)BiOX的重復使用和解決了二次污染問題。而這方面的報道目前非常少，采用簡單的工藝合成BiOX/ACF復合光催化材料具有重要的實際應用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種經(jīng)硝酸處理的碳纖維負載鹵氧化鉍納米花及其制備方法，通過該法合成的BiOX/ACF復合光催化材料可以容易的實現(xiàn)BiOX的重復使用，解決了二次污染問題，BiOX/ACF光催化劑也具有較高的光催化活性，對實際應用中降解有機污染物具有較好的價值。
[0006]本發(fā)明采取的技術方案為:
[0007]一種經(jīng)硝酸處理的碳纖維負載鹵氧化鉍納米花的制備方法，包括步驟如下:
[0008](I)將碳纖維加入濃硝酸加熱至100_115°C回流4_6h，洗漆，干燥，得硝酸處理的碳纖維；
[0009](2)將含鹵的離子液和硝酸鉍分別溶解到乙二醇甲醚中，溶解完全后將含鹵的離子液溶液緩慢加入到硝酸鉍溶液中，攪拌混合均勻；含鹵的離子液與硝酸鉍的用量摩爾比例范圍為1-3:1.5-4.5 ；[0010](3)將混合溶液倒進聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應釜中，然后將硝酸處理的碳纖維置于釜中，碳纖維與硝酸鉍的質量比為1:10，在150-1601:烘箱中反應0.5-6h，自然冷卻后，經(jīng)洗滌、干燥得產(chǎn)物。
[0011]上述制備方法中，步驟(I)所述的濃硝酸質量分數(shù)為65%,加入量為90_100ml/g碳纖維。步驟(I)所述的洗滌步驟為蒸餾水洗滌6次、干燥條件為真空干燥箱干燥12h。
[0012]步驟(2)所述的含鹵的離子液為氯化1-十六烷基-3-甲基咪唑和溴化1-十六烷基-3-甲基咪唑。乙二醇甲醚的用量分別為每克含鹵的離子液用10-50ml，每克硝酸鉍用10_50mlο
[0013]步驟(3)所述的反應優(yōu)選溫度160°C。
[0014]上述方法得到經(jīng)硝酸處理的碳纖維負載鹵氧化鉍納米花，尺寸為300_600nm。
[0015]本發(fā)明有以下優(yōu)點:
[0016]1.BiOX/ACF復合催化劑制備成本低，該復合穩(wěn)定劑無毒，減少了環(huán)境污染，且合成方法簡單；
[0017]2.利用離子液鹵化1-十六烷基-3-甲基咪唑作為合成BiOX納米花的反應鹵源，通過離子液輔助水熱的方法合成BiOX/ACF復合催化劑。在ACF上面均勻的生長了 BiOX納米花，無團聚；
[0018]3.合成的BiOX/ACF復合催化劑，由于ACF能夠非常容易的從溶液中取出，所以實現(xiàn)BiOX的重復使用和解決了二次污染的問題，為BiOX的工業(yè)化提供一條新的途徑；
[0019]4.ACF具有較好的吸附性能，可以吸附有機污染物，有利于光催化，且ACF是三維圓柱，可以捕獲各個方向的光，有利于催化劑對光的吸收。
[0020]按如下的方法對本發(fā)明提出的復合光催化的活性進行測試:
[0021]選用有機染料羅丹明B來評價樣品的光催化活性，300W的氙燈被用作光源。整個催化過程在玻璃燒杯中(橫斷面30cm2，高5cm)進行。稱取0.6g樣品分散在50mL羅丹明B液中(20mg/L)。光照之前，黑暗條件下磁力攪拌12h，達到吸附/脫附平衡，光照后每隔15min取樣5mL，用紫外可見分光光度計測量吸光度。60分鐘可將染料羅丹明B降解90%。
[0022]本發(fā)明通過離子液輔助水熱法在硝酸處理的碳纖維上面均勻生長了 BiOX納米花，無團聚，所制備的材料可以應用于光催化降解有機污染物，為BiOX的工業(yè)化提供一條新的途徑。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明實施例1產(chǎn)物的X射線圖；
[0024]圖2為本發(fā)明實施例1產(chǎn)物的SEM圖；d、e、f為BiOCl的不同放大倍數(shù)SEM圖。
[0025]圖3為本發(fā)明實施例2產(chǎn)物的X射線衍射圖；
[0026]圖4為本發(fā)明實施例2產(chǎn)物的SEM圖；a、b、c為BiOBr的不同放大倍數(shù)SEM圖?！揪唧w實施方式】
[0027]下面結合優(yōu)選的實施例進一步說明。
[0028]實施例1
[0029]量取兩份40ml乙二醇甲醚加入到燒杯中，稱取1.03g離子液(C16MimCl)和0.97g硝酸鉍分別加入到上述溶液，不斷攪拌使兩種物質充分的溶解到乙二醇甲醚中，形成均勻的溶液，隨后將離子液的乙二醇甲醚溶液緩慢的加入到硝酸鉍乙二醇甲醚溶液中，攪拌20min使溶液均勻。將混合溶液倒入容積為IOOml的聚四氟乙烯內(nèi)襯高壓反應釜中,然后將硝酸處理的碳纖維置于釜中，在160°C反應I小時，室溫下冷卻，并用去離子水和無水乙醇分別清洗樣品3次，干燥12h，得到產(chǎn)物BiOCl/ACF。
[0030]附圖1 (紅，綠)分別為本實施例所得產(chǎn)物的X射線衍射圖和硝酸處理碳纖維的X射線衍射圖，由圖可知，該產(chǎn)物各衍射峰均是BiOCl的標準卡片(JCPDS file n0.85-861)和硝酸處理的碳纖維的混合峰，說明產(chǎn)物為BiOCl。圖2為本實施例所得產(chǎn)物的SEM圖，由圖可知在硝酸處理的碳纖維表面均勻負載了大量的BiOCl納米花，厚度大約為10nm，納米花的尺寸約為400-600nm。
[0031]實施例2
[0032]量取兩份40ml乙二醇甲醚加入到燒杯中，稱取1.16g離子液(C16MimBr)和0.97g硝酸鉍分別加入到上述溶液，不斷攪拌使兩種物質充分的溶解到乙二醇甲醚中，形成均勻的溶液，隨后將離子液的乙二醇甲醚溶液緩慢的加入到硝酸鉍乙二醇甲醚溶液中，攪拌20min使溶液均勻。將混合溶液倒入容積為IOOml的聚四氟乙烯內(nèi)襯高壓反應釜中,然后將硝酸處理的碳纖維置于釜中，在160°C反應I小時，室溫下冷卻，并用去離子水和無水乙醇分別清洗樣品3次，干燥12h，得到產(chǎn)物BiOBr/ACF。
[0033]附圖3 (紅，綠)分別為本實施例所得產(chǎn)物的X射線衍射圖和硝酸處理碳纖維的X射線衍射圖，由圖可知，該產(chǎn)物各衍射峰均是BiOBr的標準卡片(JCPDS file n0.73-2061)和硝酸處理的碳纖維的混合峰，說明產(chǎn)物為BiOBr。圖4為本實施例所得產(chǎn)物的SEM圖，由圖可知在硝酸處理的碳纖維表面均勻負載了大量的BiOBr納米花，厚度大約為10nm，納米花的尺寸約為300-500nm。
[0034]實施例3
[0035]量取兩份30ml乙二醇甲醚加入到燒杯中，稱取0.77g離子液(C16MimCl)和0.73g硝酸鉍分別加入到上述溶液，不斷攪拌使兩種物質充分的溶解到乙二醇甲醚中，形成均勻的溶液，隨后將離子液的乙二醇甲醚溶液緩慢的加入到硝酸鉍乙二醇甲醚溶液中，攪拌20min使溶液均勻。將混合溶液倒入容積為IOOml的聚四氟乙烯內(nèi)襯高壓反應釜中,然后將硝酸處理的碳纖維置于釜中，在160°C反應2小時，室溫下冷卻，并用去離子水和無水乙醇分別清洗樣品3次，干燥12h，得到產(chǎn)物BiOCl/ACF。
[0036]實施例4
[0037]量取兩份30ml乙二醇甲醚加入到燒杯中，稱取0.87g離子液(C16MimBr)和0.73g硝酸鉍分別加入到上述溶液，不斷攪拌使兩種物質充分的溶解到乙二醇甲醚中，形成均勻的溶液，隨后將離子液的乙二醇甲醚溶液緩慢的加入到硝酸鉍乙二醇甲醚溶液中，攪拌20min使溶液均勻。將混合溶液倒入容積為IOOml的聚四氟乙烯內(nèi)襯高壓反應釜中,然后將硝酸處理的碳纖維置于釜中，在160°C反應2小時，室溫下冷卻，并用去離子水和無水乙醇分別清洗樣品3次，干燥12h，得到產(chǎn)物BiOBr/ACF。
【權利要求】
1.一種經(jīng)硝酸處理的碳纖維負載鹵氧化鉍納米花的制備方法，其特征是，包括步驟如下: (O將碳纖維加入濃硝酸加熱至100-115°c回流4-6h，洗滌，干燥，得硝酸處理的碳纖維； (2)將含鹵的離子液和硝酸鉍分別溶解到乙二醇甲醚中，溶解完全后將含鹵的離子液溶液緩慢加入到硝酸鉍溶液中，攪拌混合均勻；含鹵的離子液與硝酸鉍的用量摩爾比例范圍為 1-3:1.5-4.5 ； (3)將混合溶液倒進聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應釜中，然后將硝酸處理的碳纖維置于釜中，碳纖維與硝酸鉍的質量比為1:10，在150-160°C烘箱中反應0.5-6h，自然冷卻后，經(jīng)洗滌、干燥得產(chǎn)物。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種經(jīng)硝酸處理的碳纖維負載鹵氧化鉍納米花的制備方法，其特征是，步驟(I)所述的濃硝酸質量分數(shù)為65%，加入量為90-100ml/g碳纖維。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種經(jīng)硝酸處理的碳纖維負載鹵氧化鉍納米花的制備方法，其特征是，步驟(I)所述的洗滌步驟為蒸餾水洗滌6次、干燥條件為真空干燥箱干燥12h。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種經(jīng)硝酸處理的碳纖維負載鹵氧化鉍納米花的制備方法，其特征是，步驟(2)所述的含鹵的離子液為氯化1-十六烷基-3-甲基咪唑和溴化1-十六烷基-3-甲基咪唑。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種經(jīng)硝酸處理的碳纖維負載鹵氧化鉍納米花的制備方法，其特征是，步驟(2)所述的乙二醇甲醚的用量分別為每克含鹵的離子液用10-50ml，每克硝酸鉍用10-50ml。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種經(jīng)硝酸處理的碳纖維負載鹵氧化鉍納米花的制備方法，其特征是，步驟(3)所述的反應選溫度160°C。
7.權利要求1所述的方法得到的經(jīng)硝酸處理的碳纖維負載鹵氧化鉍納米花，其特征是，尺寸為300-600nm。
【文檔編號】B01J20/20GK103920508SQ201410124058
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年3月28日 優(yōu)先權日:2014年3月28日
【發(fā)明者】張曉陽, 姜再勇, 黃柏標, 秦曉燕 申請人:山東大學