一種氯氧化鉍-鈦酸鐵鉍復(fù)合光催化劑及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種氯氧化鉍-鈦酸鐵鉍復(fù)合光催化劑及其制備方法。所述方法包括：水熱合成步驟：在室溫下，將鉍源物質(zhì)、鐵源物質(zhì)和鈦源物質(zhì)溶于稀硝酸溶液中得到混合溶液，將所述混合溶液的pH值調(diào)節(jié)至12～14，得到含有沉淀的懸濁液；在160～220℃的條件下加熱保溫24～72h；清洗并烘干懸濁液中的沉淀得到粉末狀的鈦酸鐵鉍光催化劑；鹽酸處理步驟：在室溫或加熱條件下將制得的鈦酸鐵鉍光催化劑放入摩爾濃度為0.5～2M的稀鹽酸溶液中，磁力攪拌1～24h；將混合溶液離心清洗烘干，得到氯氧化鉍-鈦酸鐵鉍復(fù)合光催化劑。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種氯氧化鉍-鈦酸鐵鉍復(fù)合光催化劑及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種氯氧化鉍-鈦酸鐵鉍復(fù)合光催化劑的制備方法，以及一種氯氧化鉍-鈦酸鐵鉍復(fù)合光催化劑。

【背景技術(shù)】
[0002]1972年，日本科學(xué)家Fujishima和Honda第一次發(fā)現(xiàn)了二氧化鈦(T12)的光催化效應(yīng)，即在一定的偏壓下，T12單晶在光的照射下能將水分解成氧氣和氫氣，這意味著太陽(yáng)能可光解水，制取氫燃料。自此，人們開(kāi)始了半導(dǎo)體光催化的研究。
[0003]隨著今天飛速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)，環(huán)境污染和能源緊缺成了人們面臨的兩大難題，通過(guò)光催化手段利用光能處理環(huán)境污染便引起了越來(lái)越多人的重視，這是通過(guò)半導(dǎo)體光催化劑在光照下產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，通過(guò)氧化還原反應(yīng)將有機(jī)污染物分解為無(wú)害的小分子化合物或無(wú)機(jī)物。
[0004]以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題是，傳統(tǒng)的T12等寬禁帶光催化劑往往只能吸收利用在太陽(yáng)光中占較小比例的紫外光，光能利用率低；而硫化鎘等窄禁帶光催化劑通常不穩(wěn)定，易分解出有害物質(zhì)。因此，尋找新型窄禁帶光催化劑具有重要的技術(shù)和應(yīng)用價(jià)值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種克服上述問(wèn)題或者至少部分地解決上述問(wèn)題的一種氯氧化鉍-鈦酸鐵鉍復(fù)合光催化劑的制備方法以及一種氯氧化鉍-鈦酸鐵鉍復(fù)合光催化劑。
[0006]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種氯氧化鉍-鈦酸鐵鉍復(fù)合光催化劑的制備方法，包括:
[0007]水熱合成步驟:在室溫下，將鉍源物質(zhì)、鐵源物質(zhì)和鈦源物質(zhì)溶于稀硝酸溶液中得到混合溶液，將所述混合溶液的PH值調(diào)節(jié)至12?14，得到含有沉淀的懸濁液；在160?220°C的條件下加熱保溫24?72h ;清洗并烘干懸濁液中的沉淀得到粉末狀的鈦酸鐵鉍光催化劑，其中，所述鉍源物質(zhì)與鐵源物質(zhì)和鈦源物質(zhì)兩種物質(zhì)量的和的摩爾比為(9:7)?(9:8)，所述鐵源物質(zhì)與所述鈦源物質(zhì)的摩爾比為(1:6)?(5:3);
[0008]鹽酸處理步驟:在室溫或加熱條件下將制得的鈦酸鐵鉍光催化劑放入摩爾濃度為0.5?2M的稀鹽酸溶液中，磁力攪拌I?24h ;將混合溶液離心清洗烘干，得到氯氧化鉍-鈦酸鐵鉍復(fù)合光催化劑。
[0009]優(yōu)選地，所述鉍源物質(zhì)包括硝酸鉍、氯化鉍和氧化鉍之中的一種或多種；
[0010]所述鐵源物質(zhì)包括硝酸鐵、氯化鐵和氧化鐵之中的一種或多種；
[0011]所述鈦源物質(zhì)包括鈦酸四丁酯和氯化鈦之中的一種或多種。
[0012]優(yōu)選地，所述水熱合成步驟中所述鉍源物質(zhì)與鐵源物質(zhì)的摩爾比為5:1;
[0013]所述鉍源物質(zhì)與所述鈦源物質(zhì)的摩爾比為5:3。
[0014]優(yōu)選地，所述將所述混合溶液的pH值調(diào)節(jié)至12?14，得到含有沉淀的懸濁液的步驟為，采用氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液將所述混合溶液的pH值調(diào)節(jié)至12?14，得到含有沉淀的懸濁液。
[0015]優(yōu)選地，所述摩爾濃度為0.5?2M的稀鹽酸溶液通過(guò)對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36?38%的濃鹽酸溶液進(jìn)行稀釋得到。
[0016]優(yōu)選地，所述方法還包括:
[0017]將所述懸濁液經(jīng)離心分離得到沉淀物，將沉淀物置于pH值為12?14的氫氧化鈉或氫氧化鉀水溶液中。
[0018]優(yōu)選地，所述在160?220°C的條件下加熱保溫24?72h的步驟為，將裝有所述懸濁液的反應(yīng)釜放入烘箱，溫度保持在160?220°C，保溫時(shí)間24?72h。
[0019]優(yōu)選地，所述稀硝酸溶液的摩爾濃度為I?5M ;
[0020]所述稀硝酸溶液通過(guò)對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65?68 %的濃硝酸溶液進(jìn)行稀釋得到。
[0021]優(yōu)選地，所述將鉍源物質(zhì)、鐵源物質(zhì)和鈦源物質(zhì)的試劑純度為分析純。
[0022]本發(fā)明還提供了一種復(fù)合光催化劑，所述復(fù)合光催化劑為氯氧化鉍-鈦酸鐵鉍復(fù)合光催化劑，所述復(fù)合光催化劑通過(guò)上述方法制備。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明包括以下優(yōu)點(diǎn):
[0024]依據(jù)本發(fā)明的方法制備了氯氧化鉍-鈦酸鐵鉍復(fù)合光催化劑，本發(fā)明通過(guò)所述水熱法制備鈦酸鐵鉍，條件溫和操作簡(jiǎn)單，可得到結(jié)晶良好的鈦酸鐵鉍晶體。鹽酸處理在鈦酸鐵鉍表面生成氯氧化鉍(B1Cl)，通過(guò)控制反應(yīng)時(shí)間便于調(diào)控復(fù)合兩種催化劑的比例，可以充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢(shì)，以達(dá)到最好的催化效果。所述方法簡(jiǎn)單便捷，能夠調(diào)控產(chǎn)物，重復(fù)性高且成本低，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，可以使用常見(jiàn)設(shè)備，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
[0025]本發(fā)明所制備的氯氧化鉍-鈦酸鐵鉍復(fù)合光催化劑為氯氧化鉍和鈦酸鐵鉍的復(fù)合物。鈦酸鐵秘復(fù)合光催化劑Oi5Ti3Fe015、Bi6Ti3Fe2018等)為奧里維里斯(Aurivillius)層狀結(jié)構(gòu)化合物，其禁帶寬度約為2.08eV，可以有效的吸收可見(jiàn)光。內(nèi)建電場(chǎng)和層狀結(jié)構(gòu)都有利于光生電子-空穴對(duì)的有效分離，并且所制備的材料為具有納米級(jí)厚度的片狀材料，比表面積較大，從而提高了光催化性能。氯氧化鉍(B1Cl)為Bi2O22+和Cl2_交替排列組成的層狀結(jié)構(gòu)，并且能帶結(jié)構(gòu)與不少染料相匹配從而具有染料敏化作用，可以更有效的吸收利用可見(jiàn)光。
[0026]并且，本發(fā)明所制備的復(fù)合光催化劑在可見(jiàn)光下可以高效分解有機(jī)污染物，并且可反復(fù)長(zhǎng)期使用。以摩爾濃度為KT5M的有機(jī)染料溶液羅丹明B為例，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，以濾去紫外光的氙燈作為光源，可以在二十分鐘內(nèi)將溶液中的羅丹明B基本分解完全，分解效率高，可以應(yīng)用于各種需要對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)行分解的環(huán)境中，可以很好地解決現(xiàn)有光催化劑在可見(jiàn)光下光催化性能與穩(wěn)定性難以兼顧的缺點(diǎn)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1是本發(fā)明所述一種氯氧化鉍-鈦酸鐵鉍復(fù)合光催化劑的制備方法實(shí)施例的流程圖。
[0028]圖2為實(shí)施例1中所制備的鈦酸鐵鉍光催化劑的掃描電子顯微鏡照片。
[0029]圖3為實(shí)施例1中所制備的鈦酸鐵鉍光催化劑的X射線衍射圖。
[0030]圖4為實(shí)施例1中所制備的氯氧化鉍-鈦酸鐵鉍復(fù)合光催化劑的X射線衍射圖。
[0031]圖5為實(shí)施例1中所制備的復(fù)合光催化劑分解溶液中有機(jī)染料羅丹明B的紫外可見(jiàn)吸收光譜圖。
[0032]圖6為實(shí)施例2中所制備的復(fù)合光催化劑的掃描電子顯微鏡照片。
[0033]圖7為實(shí)施例2中所制備的復(fù)合光催化劑的X射線衍射圖。
[0034]圖8為實(shí)施例2中所制備的復(fù)合光催化劑分解溶液中有機(jī)染料羅丹明B的紫外可見(jiàn)吸收光譜圖。
[0035]圖9為實(shí)施例3中所制備的復(fù)合光催化劑的X射線衍射圖。
[0036]圖10為實(shí)施例3中所制備的復(fù)合光催化劑分解溶液中有機(jī)染料羅丹明B的紫外可見(jiàn)吸收光譜圖。
[0037]圖11為實(shí)施例4中所制備的復(fù)合光催化劑的掃描電子顯微鏡照片。
[0038]圖12為實(shí)施例4中所制備的復(fù)合光催化劑的X射線衍射圖。
[0039]圖13為實(shí)施例4中所制備的復(fù)合光催化劑分解溶液中有機(jī)染料羅丹明B的紫外可見(jiàn)吸收光譜圖。
[0040]圖14為實(shí)施例1-4中所制備的復(fù)合光催化劑分解溶液中有機(jī)染料羅丹明B的曲線對(duì)比圖。

【具體實(shí)施方式】
[0041]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0042]開(kāi)發(fā)新型可見(jiàn)光光催化材料，提高光能利用率和可見(jiàn)光光催化活性是當(dāng)前光催化領(lǐng)域研究的重點(diǎn)，這對(duì)于處理有機(jī)污染物、環(huán)境保護(hù)和新能源開(kāi)發(fā)都具有重要的意義。有鑒于此，本發(fā)明所采取的具體研究思路如下:1)開(kāi)發(fā)新型光催化材料，如鈣鈦礦結(jié)構(gòu)相關(guān)的系列氧化物，其中Aurivillius層狀鈣鈦礦衍生結(jié)構(gòu)化合物即表現(xiàn)出較好的可見(jiàn)光光催化活性；2)對(duì)Aurivillius層狀鈣鈦礦衍生結(jié)構(gòu)化合物的改性處理，如利用Fe元素替代摻雜改性等；3)材料復(fù)合，充分發(fā)揮不同催化劑的優(yōu)勢(shì)，形成復(fù)合材料，改善光催化能力，如氯氧化鉍-鈦酸鐵鉍復(fù)合光催化劑。
[0043]下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述方法的實(shí)現(xiàn)流程進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0044]參照?qǐng)D1，其示出了本發(fā)明所述一種氯氧化鉍-鈦酸鐵鉍復(fù)合光催化劑的制備方法實(shí)施例的流程圖，所述方法具體可以包括:
[0045]步驟101、水熱合成步驟。
[0046]在室溫下，將鉍源物質(zhì)、鐵源物質(zhì)和鈦源物質(zhì)溶于稀硝酸溶液中得到混合溶液，將所述混合溶液的PH值調(diào)節(jié)至12?14，得到含有沉淀的懸濁液，并在160?220°C的條件下加熱保溫24?72h。清洗并烘干懸濁液中的沉淀得到粉末狀的鈦酸鐵鉍光催化劑。其中，所述鉍源物質(zhì)與鐵源物質(zhì)和鈦源物質(zhì)兩種物質(zhì)量的和的摩爾比為(9:7)?(9:8)，所述鐵源物質(zhì)與所述鈦源物質(zhì)的摩爾比為(1:6)?(5:3)。
[0047]具體而言，將鐵源物質(zhì)和鈦源物質(zhì)的物質(zhì)的量加和，鉍源物質(zhì)的物質(zhì)的量與此加和的比例在(9:7)至(9:8)之間的任意值，鐵源物質(zhì)的物質(zhì)的量與鈦源物質(zhì)的物質(zhì)的量的比例在(1:6)至(5:3)之間的任意值。
[0048]本發(fā)明所制備的氯氧化鉍-鈦酸鐵鉍復(fù)合光催化劑為氯氧化鉍和鈦酸鐵鉍的復(fù)合物。
[0049]鈦酸鉍系半導(dǎo)體化合物有多種晶體結(jié)構(gòu)，其中Bi4Ti3O12是一種具有層狀結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦衍生結(jié)構(gòu)化合物。研究認(rèn)為，由于晶體內(nèi)部的(Bi2O2)2+層和(Bi2Ti3012)2_層之間有內(nèi)建電場(chǎng)，有利于光生電子-空穴對(duì)的有效分離，從而有不錯(cuò)的光催化性能。本發(fā)明實(shí)施例對(duì)Bi4Ti3O12進(jìn)行改性處理，創(chuàng)新地將Fe3+離子摻雜進(jìn)Bi4Ti3O12，可以使禁帶寬度減小，因此能夠更有效的吸收利用可見(jiàn)光，改善其光催化性能。
[0050]制備的鈦酸鐵鉍復(fù)合光催化劑(Bi5Ti3Fe015、Bi6Ti3Fe2O18等)為奧里維里斯(Aurivillius)層狀結(jié)構(gòu)化合物，其禁帶寬度約為2.08eV，可以有效的吸收可見(jiàn)光。內(nèi)建電場(chǎng)和層狀結(jié)構(gòu)都有利于光生電子-空穴對(duì)的有效分離，并且所制備的材料為具有納米級(jí)厚度的片狀材料，比表面積較大，從而提高了光催化性能。
[0051]本發(fā)明通過(guò)所述水熱法制備鈦酸鐵鉍，條件溫和操作簡(jiǎn)單，可得到結(jié)晶良好的鈦酸鐵鉍晶體。
[0052]步驟102、鹽酸處理步驟。
[0053]在室溫下將制得的鈦酸鐵鉍光催化劑放入摩爾濃度為0.5?2M的稀鹽酸溶液中，磁力攪拌I?24h。將混合溶液離心清洗烘干，得到氯氧化鉍-鈦酸鐵鉍復(fù)合光催化劑。
[0054]鹵氧化秘B1X(X = Cl、Br、I等)是一種新型的可見(jiàn)光光催化材料，晶體內(nèi)部有Bi2O22+和X2-交替排列組成的層狀結(jié)構(gòu)，有利于光生載流子的遷移。鹵氧化鉍的能帶結(jié)構(gòu)與不少染料匹配較好，可通過(guò)染料敏化作用更有效的吸收可見(jiàn)光。但由于其生成的電子-空穴對(duì)容易復(fù)合導(dǎo)致光能利用效率降低。 申請(qǐng)人:經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)和研究，把鹵氧化鉍與擁有內(nèi)電場(chǎng)的鈦酸鐵鉍復(fù)合，充分發(fā)揮不同催化劑的優(yōu)勢(shì)，形成復(fù)合材料，改善光催化能力，利用鈦酸鐵鉍彌補(bǔ)光能利用效率較低的問(wèn)題，得到一種新型高效的可見(jiàn)光光催化劑。
[0055]其中，鹽酸處理在鈦酸鐵鉍表面生成氯氧化鉍，通過(guò)控制反應(yīng)時(shí)間便于調(diào)控復(fù)合兩種催化劑的比例，可以充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢(shì)，以達(dá)到最好的催化效果。所述方法簡(jiǎn)單便捷，能夠調(diào)控產(chǎn)物，重復(fù)性高且成本低，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，可以使用常見(jiàn)設(shè)備，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
[0056]并且，本發(fā)明所制備的復(fù)合光催化劑在可見(jiàn)光下可以高效分解有機(jī)污染物，并且可反復(fù)長(zhǎng)期使用。以摩爾濃度為KT5M的有機(jī)染料溶液羅丹明B為例，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，以濾去紫外光的氙燈作為光源，可以在二十分鐘內(nèi)將溶液中的羅丹明B基本分解完全，分解效率高，可以應(yīng)用于各種需要對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)行分解的環(huán)境中，可以很好地解決現(xiàn)有光催化劑在可見(jiàn)光下光催化性能與穩(wěn)定性難以兼顧的缺點(diǎn)。
[0057]本發(fā)明實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述鉍源物質(zhì)可以包括硝酸鉍(Bi(NO3)3.5H20)、氯化鉍(BiCl3)和氧化鉍(Bi2O3)之中的一種或多種；所述鐵源物質(zhì)可以包括硝酸鐵(Fe (NO3)3.9H20)、氯化鐵(FeCl3.6H20)和氧化鐵(Fe2O3)之中的一種或多種；所述鈦源物質(zhì)可以包括鈦酸四丁酯(C16H36O4Ti)和氯化鈦(TiCl4)之中的一種或多種。
[0058]本發(fā)明實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述水熱合成步驟中所述鉍源物質(zhì)與鐵源物質(zhì)的摩爾比可以為5:1 ;所述鉍源物質(zhì)與所述鈦源物質(zhì)的摩爾比可以為5:3。
[0059]本發(fā)明實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述將所述混合溶液的pH值調(diào)節(jié)至12?14，得到含有沉淀的懸濁液的步驟為，采用氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液將所述混合溶液的PH值調(diào)節(jié)至12?14,得到含有沉淀的懸池液。
[0060]本發(fā)明實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述摩爾濃度為0.5?2M的稀鹽酸溶液通過(guò)對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36?38%的濃鹽酸溶液進(jìn)行稀釋得到。
[0061]本發(fā)明實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述在160?220°C的條件下加熱保溫24?72h的步驟為，將裝有所述懸濁液的反應(yīng)釜放入烘箱，溫度保持在160?220°C，保溫時(shí)間24?72h。
[0062]本發(fā)明實(shí)施例中，優(yōu)選地，在在所述在160?220°C的條件下加熱保溫24?72h的步驟之前，所述方法還可以包括:
[0063]將所述懸濁液經(jīng)離心分離得到沉淀物，將沉淀物置于pH值為12?14的氫氧化鈉或氫氧化鉀水溶液中。
[0064]因此，水熱合成步驟中，可以是將所述混合溶液的pH值調(diào)節(jié)至12?14，得到含有沉淀的懸濁液，然后直接利用所述pH值為12?14的懸濁液，在160?220°C的條件下加熱保溫24?72h，或者是，在得到懸濁液后，將所述懸濁液經(jīng)離心分離得到沉淀物，將沉淀物置于PH值為12?14的氫氧化鈉或氫氧化鉀水溶液中，在160?220°C的條件下加熱保溫24?72h。本發(fā)明實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述稀硝酸溶液的摩爾濃度為I?5M ;所述稀硝酸溶液通過(guò)對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65?68%的濃硝酸溶液進(jìn)行稀釋得到。
[0065]本發(fā)明實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述鉍源物質(zhì)、鐵源物質(zhì)和鈦源物質(zhì)等試劑純度為分析純。
[0066]相應(yīng)的，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種復(fù)合光催化劑，所述復(fù)合光催化劑為氯氧化鉍-鈦酸鐵鉍復(fù)合光催化劑，所述復(fù)合光催化劑通過(guò)上述實(shí)施例所述方法制備。
[0067]為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明，以下通過(guò)多個(gè)具體的實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明氯氧化鉍-鈦酸鐵鉍復(fù)合光催化劑的制備方法。
[0068]實(shí)施例1
[0069](I)在室溫下，將BiCl3、FeCl3.6H20、TiCl4溶于濃度為IM稀硝酸溶液中，各原料的物質(zhì)的量之比為nBi:nFe:nTi = 9:5:3。再用濃度4M的NaOH溶液將混合溶液的pH值調(diào)節(jié)至14，攪拌陳化2h。將含有沉淀的懸濁液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中于烘箱220°C加熱24h。把水熱法制得的沉淀離心清洗烘干后，所得黃色粉末狀產(chǎn)物就是鈦酸鐵鉍光催化劑。
[0070](2)將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36?38%的濃鹽酸稀釋得到2M的稀鹽酸水溶液，取鈦酸鐵鉍粉末，放入2M的稀鹽酸溶液中磁力攪拌，攪拌時(shí)間Ih。到預(yù)定時(shí)間之后把混合溶液離心清洗烘干，最后即得到所述的氯氧化鉍-鈦酸鐵鉍復(fù)合光催化劑。
[0071]實(shí)施例2
[0072](I)在室溫下，將 Bi (NO3) 3 AH2CKFe(NO3)3.9Η20、C16H36O4Ti 溶于濃度為 2Μ 稀硝酸溶液中，各原料的物質(zhì)的量之比為nBi:nFe:nTi = 5:1:3。再用濃度4M的NaOH溶液將混合溶液的pH值調(diào)節(jié)至13.6，攪拌陳化2h。將含有沉淀的懸濁液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中于烘箱200°C加熱48h。把水熱法制得的沉淀離心清洗烘干后，所得黃色粉末狀產(chǎn)物就是鈦酸鐵鉍光催化劑。
[0073](2)將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36?38%的濃鹽酸稀釋得到IM的稀鹽酸水溶液，取鈦酸鐵鉍粉末，放入IM的稀鹽酸溶液中磁力攪拌，攪拌時(shí)間9h。到預(yù)定時(shí)間之后把混合溶液離心清洗烘干，最后即得到所述的氯氧化鉍-鈦酸鐵鉍復(fù)合光催化劑。
[0074]實(shí)施例3
[0075](I)在室溫下，將Bi203、Fe (NO3)3.9H20、C16H36O4Ti溶于濃度為3M稀硝酸溶液中，各原料的物質(zhì)的量之比為nBi:nFe:nTi = 7:3:3。再用濃度4M的KOH溶液將混合溶液的pH值調(diào)節(jié)至13，攪拌陳化2h。將懸濁液經(jīng)離心分離得到沉淀物，置于pH值為13的KOH水溶液中，轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中于烘箱180°C加熱72h。把水熱法制得的沉淀離心清洗烘干后，所得黃色粉末狀產(chǎn)物就是鈦酸鐵鉍光催化劑。
[0076](2)將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36?38%的濃鹽酸稀釋得到0.8M的稀鹽酸水溶液，取鈦酸鐵鉍粉末，放入0.8M的稀鹽酸溶液中磁力攪拌，攪拌時(shí)間17h。到預(yù)定時(shí)間之后把混合溶液離心清洗烘干，最后即得到所述的氯氧化鉍-鈦酸鐵鉍復(fù)合光催化劑。
[0077]實(shí)施例4
[0078](I)在室溫下，將Bi (NO3) 3.5H20、Fe203、TiCl4溶于濃度為5M稀硝酸溶液中，各原料的物質(zhì)的量之比為nBi:nFe:nTi = 9:1:6。再用濃度4M的KOH溶液將混合溶液的pH值調(diào)節(jié)至12，攪拌陳化2h。將含有沉淀的懸濁液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中于烘箱160°C加熱72h。把水熱法制得的沉淀離心清洗烘干后，所得黃色粉末狀產(chǎn)物就是鈦酸鐵鉍光催化劑。
[0079](2)將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36?38%的濃鹽酸稀釋得到0.5M的稀鹽酸水溶液，取鈦酸鐵鉍粉末，放入0.5M的稀鹽酸溶液中磁力攪拌，攪拌時(shí)間24h。到預(yù)定時(shí)間之后把混合溶液離心清洗烘干，最后即得到所述的氯氧化鉍-鈦酸鐵鉍復(fù)合光催化劑。
[0080]以本實(shí)施例制得的氯氧化鉍-鈦酸鐵鉍光催化劑作為樣品進(jìn)行如下觀察測(cè)試:
[0081](I)掃描電鏡。
[0082]采用掃描電子顯微鏡在真空環(huán)境下利用高能電子束轟擊物質(zhì)表面，通過(guò)分析激發(fā)產(chǎn)生的二次電子等，獲得樣品本身的形貌圖。
[0083]參考圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中所制備的鈦酸鐵鉍光催化劑的掃描電子顯微鏡照片，參考圖6為本發(fā)明實(shí)施例2中所制備的復(fù)合光催化劑的掃描電子顯微鏡照片，參考圖11為本發(fā)明實(shí)施例4中所制備的復(fù)合光催化劑的掃描電子顯微鏡照片。
[0084]如圖2所示，水熱法制得了交叉在一起鈦酸鐵鉍納米片，形貌均勻。
[0085]如圖6、圖11所示，隨著鹽酸處理時(shí)間的增長(zhǎng)，納米片邊角變得圓滑，片表面出現(xiàn)了新的細(xì)小結(jié)構(gòu)，最終又恢復(fù)平整。
[0086]⑵X射線衍射分析(XRD)。
[0087]采用X射線衍射儀，通過(guò)對(duì)樣品材料進(jìn)行X射線衍射，分析其衍射圖譜，從而獲得樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及成分。
[0088]參考圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中所制備的鈦酸鐵鉍光催化劑的X射線衍射圖；參考圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中所制備的氯氧化鉍-鈦酸鐵鉍復(fù)合光催化劑的X射線衍射圖；參考圖7為本發(fā)明實(shí)施例2中所制備的復(fù)合光催化劑的X射線衍射圖；參考圖9為本發(fā)明實(shí)施例3中所制備的復(fù)合光催化劑的X射線衍射圖；參考圖12為本發(fā)明實(shí)施例4中所制備的復(fù)合光催化劑的X射線衍射圖。
[0089]如圖3、圖4、圖7、圖9、圖12所示，隨著鹽酸處理時(shí)間的增長(zhǎng)鈦酸鐵鉍相的峰逐漸變?nèi)跸?，而氯氧化鉍相的峰逐漸增強(qiáng)，說(shuō)明隨著時(shí)間推移催化劑正從鈦酸鐵鉍相轉(zhuǎn)化為氯氧化鉍-鈦酸鐵鉍混合相，最后完全轉(zhuǎn)變?yōu)槁妊趸G。
[0090](3)紫外可見(jiàn)吸收光譜。
[0091]降解實(shí)驗(yàn)中用復(fù)合催化劑樣品分解相同的染料溶液，經(jīng)過(guò)不同降解時(shí)間得到一系列含有不同濃度染料的溶液。采用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)量溶液吸收紫外-可見(jiàn)光后，發(fā)生電子能級(jí)躍遷的吸收光譜，從而確定溶液中吸收特定波長(zhǎng)光的染料濃度。
[0092]參考圖5為本發(fā)明實(shí)施例1中所制備的復(fù)合光催化劑分解溶液中有機(jī)染料羅丹明B的紫外可見(jiàn)吸收光譜圖；參考圖8為本發(fā)明實(shí)施例2中所制備的復(fù)合光催化劑分解溶液中有機(jī)染料羅丹明B的紫外可見(jiàn)吸收光譜圖；參考圖10為本發(fā)明實(shí)施例3中所制備的復(fù)合光催化劑分解溶液中有機(jī)染料羅丹明B的紫外可見(jiàn)吸收光譜圖；參考圖13為本發(fā)明實(shí)施例4中所制備的復(fù)合光催化劑分解溶液中有機(jī)染料羅丹明B的紫外可見(jiàn)吸收光譜圖；參考圖14本發(fā)明為實(shí)施例1-4中所制備的復(fù)合光催化劑分解溶液中有機(jī)染料羅丹明B的曲線對(duì)比圖。
[0093]如圖5、圖8、圖10、圖13所示，溶液中羅丹明B的濃度在光催化劑的作用下隨著時(shí)間推移而減少，且速率不一，最終趨于分解完全。
[0094]綜合以上結(jié)果，不同實(shí)施例制備的樣品間催化能力有所不同，如圖14所示，其中，實(shí)施例2中鹽酸處理4h的復(fù)合催化劑樣品效果最好，在二十分鐘左右即將溶液中羅丹明B基本分解，處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短都使催化效率有所降低。
[0095]以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種氯氧化鉍-鈦酸鐵鉍復(fù)合光催化劑的制備方法，以及一種氯氧化鉍-鈦酸鐵鉍復(fù)合光催化劑進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種氯氧化鉍-鈦酸鐵鉍復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于，包括: 水熱合成步驟:在室溫下，將鉍源物質(zhì)、鐵源物質(zhì)和鈦源物質(zhì)溶于稀硝酸溶液中得到混合溶液，將所述混合溶液的PH值調(diào)節(jié)至12?14，得到含有沉淀的懸濁液；在160?220°C的條件下加熱保溫24?72h ;清洗并烘干懸濁液中的沉淀得到粉末狀的鈦酸鐵鉍光催化劑，其中，所述鉍源物質(zhì)與鐵源物質(zhì)和鈦源物質(zhì)兩種物質(zhì)量的和的摩爾比為(9:7)?(9:8)，所述鐵源物質(zhì)與所述鈦源物質(zhì)的摩爾比為(1:6)?(5:3); 鹽酸處理步驟:在室溫或加熱條件下將制得的鈦酸鐵鉍光催化劑放入摩爾濃度為0.5?2M的稀鹽酸溶液中，磁力攪拌I?24h ;將混合溶液離心清洗烘干，得到氯氧化鉍-鈦酸鐵鉍復(fù)合光催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于: 所述鉍源物質(zhì)包括硝酸鉍、氯化鉍和氧化鉍之中的一種或多種； 所述鐵源物質(zhì)包括硝酸鐵、氯化鐵和氧化鐵之中的一種或多種； 所述鈦源物質(zhì)包括鈦酸四丁酯和氯化鈦之中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于: 所述水熱合成步驟中所述鉍源物質(zhì)與鐵源物質(zhì)的摩爾比為5:1 ; 所述鉍源物質(zhì)與所述鈦源物質(zhì)的摩爾比為5:3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于: 所述將所述混合溶液的PH值調(diào)節(jié)至12?14，得到含有沉淀的懸濁液的步驟為，采用氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液將所述混合溶液的PH值調(diào)節(jié)至12?14，得到含有沉淀的懸濁液。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于: 所述摩爾濃度為0.5?2M的稀鹽酸溶液通過(guò)對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36?38%的濃鹽酸溶液進(jìn)行稀釋得到。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述在160?220°C的條件下加熱保溫24?72h的步驟之前,所述方法還包括: 將所述懸濁液經(jīng)離心分離得到沉淀物，將沉淀物置于PH值為12?14的氫氧化鈉或氫氧化鉀水溶液中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于: 所述在160?220°C的條件下加熱保溫24?72h的步驟為，將裝有所述懸濁液的反應(yīng)釜放入烘箱，溫度保持在160?220°C，保溫時(shí)間24?72h。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于: 所述稀硝酸溶液的摩爾濃度為I?5M ; 所述稀硝酸溶液通過(guò)對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65?68%的濃硝酸溶液進(jìn)行稀釋得到。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于: 所述將鉍源物質(zhì)、鐵源物質(zhì)和鈦源物質(zhì)的試劑純度為分析純。
10.—種復(fù)合光催化劑,其特征在于: 所述復(fù)合光催化劑為氯氧化鉍-鈦酸鐵鉍復(fù)合光催化劑，所述復(fù)合光催化劑通過(guò)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述方法制備。
【文檔編號(hào)】B01J27/135GK104511293SQ201410602749
【公開(kāi)日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】周豫, 李靜波, 金海波, 陳卓, 王瀟男 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)