一种魔方状软铋矿磷酸铋粉体的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于功能材料领域，具体涉及一种魔方状Bi12Pas6O2ai4粉体的制备方法。
【背景技术】
[0002]利用光催化技术进行污水处理，能有效降解有机物，还原重金属离子。且该技术所需能耗低、操作简便、反应条件温和、没有二次污染。因此，光催化是一种很有前景的环境治理技术。
[0003]磷酸铋光催化剂的研究集中在单斜相磷酸铋(化学式BiPO4)，其制备方法有高温固相法、水热法、溶剂热法、微波水热法和微乳液法、液相沉淀法、溶胶一凝胶法、超声合成法等。然而，由于较宽的禁带宽度(3.85eV)，导致BiPO4仅在紫外区有光催化活性，即BiPO4对太阳光的利用率较低，实际使用受到限制。
[0004]本发明的研究对象是软铋矿磷酸铋，所述软铋矿磷酸铋的化学式为Bi12Pas6O2ai4,它属于体心立方的123空间群。软铋矿磷酸铋的总体结构为7个氧原子和Bi原子排列组成的多面体结构，它和其他的B1-O多面体和PO4四面体共角。由于其特殊的B1、P、O化学计量比，因此复制和移植单斜相扮?04的制备方法很难合成出Bi 12P0.S6O20.14O目前Bi12Pas6O2ai4的合成方法采用的是高温固相法，将原料按化学计量比配好后，通过高温反应实现合成，利用水热法合成具有规则魔方状形貌的Bi12Pas6O2ai4粉体尚未见报道。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种魔方状软铋矿磷酸铋(Bi12Pas6O2ai4)的制备方法，该方法通过水热反应一次合成魔方状软铋矿磷酸铋，无需高温煅烧，具有工艺简单、效率高、能耗低、成本低廉、环境友好的特点，合成的粉体纯度高、结晶度高、形貌规则。
[0006]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]—种魔方状软铋矿磷酸铋粉体的制备方法，包括以下步骤:
[0008]I)将Bi (NO3) 3.5H20加入到2-3mo I/L的硝酸溶液中，得到Bi (NO3) 3的硝酸溶液；将NaH2PO4.2H20加入到蒸馏水中，得到NaH2PO4水溶液；再将NaH 2P04水溶液按照体积比1: (0.8-1.2)的比例加入到Bi (NO3)3硝酸溶液中，控制铋离子与磷酸二氢根离子的摩尔比为1:1-5:1，磁力搅拌，得到白色悬浊液；所述白色悬浊液中的Bi (NO3) 3的浓度为0.15-0.48mol/L，NaH2POj^浓度为 0.03-0.48mol/L ；
[0009]2)将浓度为6-8mol/L的碱金属氢氧化物溶液加入到所述白色悬浊液，所述碱金属氢氧化物溶液和白色悬浊液的体积比为:(20-30): (50-60);再对其进行磁力搅拌，直至悬浊液颜色变黄，得到水热反应前驱液；
[0010]3)将所述水热反应前驱液转入水热反应釜中，在120°C -140°c下保温8-10小时后停止反应，得到黄色沉淀物；
[0011]4)待反应温度降至室温后，将水热反应釜取出，离心分离出反应得到的黄色沉淀物，对黄色沉淀物进行洗涤、干燥，即得到魔方状软铋矿磷酸铋粉体。
[0012]优选方案，步骤I)中按照体积比1:1将NaH2PO4水溶液加入到Bi (NO 3) 3硝酸溶液中。
[0013]优选方案，步骤I)中控制铋离子与磷酸二氢根离子的摩尔比为1:1-2:1。
[0014]优选方案，步骤2)中所述碱金属氢氧化物为NaOH或Κ0Η。
[0015]优选方案，步骤I)和2)中磁力搅拌时间均为30-50min。
[0016]优选方案，步骤3)中水热反应釜内衬为聚四氟乙烯材质，水热反应釜填充比为70% -80%。
[0017]优选方案，步骤4)中的洗涤用蒸馏水和无水乙醇将黄色沉淀物洗涤至中性，所述的干燥是在70-80 °C下干燥10_20h。
[0018]步骤4)制得的魔方状软铋矿磷酸铋粉体的晶型与卡片JCPDS N0.44-0199相符，魔方状的粒径为5-8 μ m。
[0019]下面对本发明做进一步解释和说明:
[0020]所述魔方状是指形态类似于魔方(一种通用玩具)的形状，由多个小方形体结合在一起组成为一个大的方形体状。
[0021]通过本发明的方法，发明人首次通过水热法制备出了魔方状软铋矿磷酸铋Bi12Pa86O2ai4粉体，并首次发现Bi 12P。8602。.14具有良好的可见光催化活性。本发明的反应条件至关重要。碱金属氢氧化物溶液浓度对产品的物相有重要影响。本发明中控制碱金属氢氧化物溶液和白色悬浊液的体积比为(20-30): (50-60)时，如果碱金属氢氧化物溶液浓度Cftl小于6mol/L或者大于8mol/L，产品中都会出现部分Bi2O3，物相不纯；只有当6πι01/ΙΧ(^<8mol/L,所得产品物相为纯的软铋矿磷酸铋Bi12Pas6O2a 14。水热反应温度对于Bi12Pas6O2a 14的结晶度有非常重要的影响。反应温度T〈120°C，所得产品有少量白色胶状未结晶产品；反应温度120°C <T〈140°C，产品晶化完全；反应温度>140°C，产品晶粒尺寸明显长大。从节能的角度看，反应温度宜控制在120°C <T〈140°C区间。水热反应时间对于Bi12Pas6O2ai^形貌有非常重要的影响，样品的形貌演变是一个渐进的过程。反应时间t〈8h，所得产品有部分不规则形貌Bi12Pas6O2ai4;反应时间8h〈t〈10h，产品形貌完全演变成规则魔方状形貌；反应时间>10h，形貌仍为魔方状，但粒径有明显长大。从节能的角度看，反应时间宜控制在8h〈t〈10h 区间。
[0022]与现有技术相比，本发明具有以下有益结果:
[0023]1、本发明提供的魔方状Bi12P0.S6O20.14粉体的制备方法，以Bi (NO 3) 3.5H20、NaH2PO4^H2O为原料，先将二者分别配制成均质溶液，混合后再引入高浓度碱金属氢氧化物溶液，形成强碱性反应介质，并控制反应温度和反应时间等参数，获得了一种结晶度高、晶体形貌新颖的魔方状Bi12Pas6O2a 14粉体。
[0024]2、该方法具有装置简单、低温(120-140°C )、环保(合成反应在密闭体系中进行)等特点，水热一次合成粉体，无需高温煅烧，且合成的粉体纯度高、结晶度高、形貌规则，是一种工艺简单、效率高、能耗低、成本低廉的环境友好型的制备方法。
【附图说明】
[0025]图1是本发明实施例1制备的魔方状Bi12Pas6O2ai4粉体的XRD图；
[0026]图2是本发明实施例1制备的魔方状Bi12Pas6O2ai4粉体的SEM图；
[0027]图3是本发明实施例1制备的魔方状Bi12Pas6O2ai4粉体的UV-vis漫反射光谱图；
[0028]图4是本发明实施例1制备的魔方状Bi12Pas602ai4?体对甲基橙的可见光光催化曲线图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图通过具体实施例对本发明的方法进行说明，但本发明并不局限于此，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0030]下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
[0031]本发明中使用的反应物扮(勵3)3*5!120、他4?04*2!120、他0!1、硝酸等均为市售分析纯。
[0032]实施例1
[0033]步骤1:将摩尔比为1:1的Bi (NO3) 3.5H20和NaH2PO4.2H20分别加入到体积比为1:1的2mol/L的HNO3S液和蒸馏水中，磁力搅拌50min，分别得到Bi (NO 3)3的硝酸溶液和NaH2PO4水溶液；将所述NaH 2P04水溶液加入到所述Bi (NO 3) 3硝酸溶液中，并对混合溶液进行磁力搅拌50min，得到白色悬浊液；白色悬浊液中的Bi (NO3)3和NaH 2P04的浓度均为
0.16mol/L ；
[0034]步骤2:将6mol/L NaOH溶液加入到上述白色悬浊液后磁力搅拌50min，Na0H溶液和白色悬浊液的体积比30:50，得到水热反应前驱液。
[0035]步骤3:将前驱液转入水热反应釜中，水热反应釜的填充率为80%，放入恒温鼓风干燥箱，130°C下保温10小时后停止反应；