专利名称：一种花球状微纳薄膜光催化材料的制备方法
技术领域：
本发明一种花球状微纳薄膜光催化材料的制备方法，具体涉及一种花球状微纳 BiOCl薄膜光催化材料的制备方法及应用，属于环境化工光催化技术领域。
背景技术：
最近，氯氧铋(BiOCl)作为一种有良好光催化活性的半导体光催化材料，受到研究者们的高度关注，在有机污染物的光催化处理领域有广阔的发展前景。通常研究者主要采用水解法或溶剂热法制备片状或微球状BiOCl粉末催化剂。清华大学采用NaBiO3转化水解法制备了 BiOX(X = Cl、Br、I)系列粉末光催化剂，并以PCP-Na为目标降解物考察了三种光催化剂在氙灯下的催化活性(Catalysis Communications, 2010,11 :460-464 ；Catalysis Communications, 2009,10 :1957-1961)。太原理工大学利用BiCl3和BiBr3为原料采用水解法制得了 BiOCl 及 BiOCl/BiOBr 复合光催化剂(CN101879455A ；CN102068998A)。上海第二工业大学采用BiCl3· 5H20为原料以乙二醇为溶剂，采用溶剂热法制备了微球状BiOC粉末 (CrystEngComm, 2010,12 :3791-3796)。华东理工大学以 Bi (NO3) 3 · 5H20 和 CTAC 分别为铋源和氯源，采用溶剂热法在含聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中制备了微球状BiOCl粉末 (Journal of Photochemistry and Photobiology A :Chemistry 215(2010)76-80)。也有研究者采用物理气相沉积和化学氧化法制备BiOCl薄膜(CN1017M839A)。现有的制备方法绝大多数都是研究粉末催化剂的制备，粉末催化剂具有比表面大、反应速率高、容易制得等特点，但存在分散性不佳、与溶液难分离、难回收等致命缺点，特别是对于具有微纳结构的细小颗粒；而将催化剂固定化制成微纳结构的薄膜，不仅保留了催化剂的微小尺度，更有利于固液分离以及重复利用，并且不仅局限于处理水中有机污染物，而且可拓展至处理空气中的有机污染物。
发明内容
本发明一种花球状微纳薄膜光催化材料的制备方法的目的在于提供一种氯氧铋光催化剂的固定化方法，制备一种花球状微纳BiOCl薄膜光催化材料，克服粉末状光催化剂难回收再利用的缺点，并将其应用于水中有机物的处理中。该方法以三氯化铋为原料，醇为溶剂，氨水为PH值调节剂，制备前驱液，然后将前驱液涂覆在基体上，经干燥、洗涤操作， 于常温常压下制备出了花球状微纳BiOCl薄膜，实现了微小催化剂颗粒的固定化且保留了其大的比表面积，故提高了光催化氧化处理水中有机物的能力。所用原料常见易得、反应条件无需高温高压、操作简单、安全、易于实现工业化生产。将所制薄膜用于降解水中有机物研究中，在紫外光下有良好的光催化活性，薄膜性能稳定，可重复使用。本发明一种花球状微纳薄膜光催化材料的制备方法，其特征在于是以三氯化铋为原料，醇为溶剂，氨水为PH值调节剂，采用醇解方法制备前驱液，然后将前驱液涂覆在钛板基体上，经烘干、洗涤即制成花球状微纳BiOCl薄膜光催化材料，具体步骤如下I、称取0. 2 1克分析纯BiCl3放置于10 50mL醇溶剂中，加热至40 80°C，搅拌使其溶解；II、采用25% 的氨水调节溶液pH值至7 9，反应1 2小时，制得白色乳状液，即为前驱液；III、将步骤II中制得的前驱液涂覆在表面清洁干净的钛板基体上，之后放置于 75 80°C烘箱中烘干，然后再涂覆、烘干5 30次，最后放置于75 80°C烘箱中再烘干 2 池，取出用蒸馏水浸泡清洗，即制得由直径为1 2μπι，纳米片组装而成的花球构成的花球状(如图2所示)微纳BiOCl薄膜(如图1所示)，该薄膜光催化材料应用于水中有机物的光催化氧化处理中，特别是水中微量有毒有害难降解有机物的处理中，所用光源为波长365nm紫外光，反应条件为常温常压，所制BiOCl薄膜光催化材料放置于有机水溶液中正对光源，从反应器底部鼓入空气。上述的一种花球状微纳BiOCl薄膜光催化材料的制备方法，其特征在于所述的醇
溶剂为乙二醇或者乙醇或者丙二醇。本发明一种花球状微纳薄膜光催化材料的制备方法的优点为1)实现了微纳尺寸BiOCl的固定化，方便固液分离及催化剂的回收利用，以及既方便应用于水中有机污染物的降解也方便应用于空气中有机污染物的降解；2)反应条件温和，无需使用高温高压和特制的反应釜，采用简单易行的方法即可制得花球状微纳BiOCl薄膜光催化材料；3)所制BiOCl薄膜光催化材料具有花球状纳米/微米的空间结构，比表面积较大；4)所制BiOCl薄膜光催化材料在紫外光下具有良好且稳定的光催化活性(如图3 所示)，且有较长的寿命；5)所制BiOCl薄膜光催化材料方便实现外加微小电场控制，从而可实现采用光电催化的方法降解有机污染物。
图1为本发明实施方式1制备的花球状纳米/图。图2为本发明实施方式1制备的花球状纳米/图。图3为本发明实施方式1制备的花球状纳米外-可见漫反射图谱。
具体实施例方式为了使本发明的技术方案更加清楚明白，下面将用实施方式具体给予详细说明， 但本发明的内容不只局限于所列举的实施方式的范围。实施方式11)称取0. 2克分析纯BiCl3将其放置于IOmL乙二醇中，加热至60°C，搅拌使其溶解；2)采用25% 的氨水调节溶液pH值至9，反应1小时，制得白色乳状液，即为
丨微米BiOCl薄膜光催化材料的XRD ‘微米BiOCl薄膜光催化材料的SEM /微米BiOCl薄膜光催化材料的紫前驱液；3)将步骤幻中制得的前驱液涂覆在表面清洁干净的钛板基体上，之后放置于 80°C烘箱中烘干，然后再重复涂覆、烘干30次，最后放置于80°C烘箱中再烘干3h，取出用蒸馏水浸泡清洗，即制得花球状微纳BiOCl薄膜光催化材料。将所制薄膜用于光催化降解水中甲基橙，反应条件为常温常压，10mg/L的甲基橙水溶液50mL，取所制薄膜lcmX6cm作为光催化剂，从反应器底部鼓入空气，每间隔一定时间取样分析，用紫外-可见分光光度法测量甲基橙的转化率。在紫外光下，150min内对甲基橙的降解率可接近100%，重复使用4次之后，150min内对甲基橙的降解率仍大于90%。实施方式21)称取0. 4克分析纯BiCl3将其放置于20mL乙二醇中，加热至80°C，搅拌使其溶解；2)采用25%- %的氨水调节溶液pH值至7，反应1.5小时，制得白色乳状液，即为前驱液；3)将步骤幻中制得的前驱液涂覆在表面清洁干净的钛板基体上，之后放置于 75°C烘箱中烘干，然后再重复涂覆、烘干15次，最后放置于75°C烘箱中再烘干池，取出用蒸馏水浸泡清洗，即制得花球状微纳BiOCl薄膜光催化材料。将所制薄膜用于光催化降解水中甲基橙，反应条件为常温常压，10mg/L的甲基橙水溶液50mL，取所制薄膜lcmX6cm作为光催化剂，从反应器底部鼓入空气，每间隔一定时间取样分析，用紫外-可见分光光度法测量甲基橙的转化率。在紫外光下，150min内对甲基橙的降解率可达95%，重复使用4次之后，150min内对甲基橙的降解率仍大于90%。实施方式31)称取0. 8克分析纯BiCl3将其放置于40mL丙二醇中，加热至80°C，搅拌使其溶解。2)采用氨水调节溶液pH值至7，反应2小时，制得白色乳状液。3)将步骤2)中制得的乳状液涂刷至表面清洁干净的基体上，涂刷25次，每次涂刷完毕后放于80°C烘箱中烘干再继续涂刷。将前驱液全部涂制基体上后，再烘干2.证，浸泡清洗，制得花球状微纳BiOCl薄膜光催化材料。将所制薄膜用于光催化降解水中甲基橙，反应条件为常温常压，10mg/L的甲基橙水溶液50mL，取所制薄膜lcmX6cm作为光催化剂，从反应器底部鼓入空气，每间隔一定时间取样分析，用紫外-可见分光光度法测量甲基橙的转化率。在紫外光下，150min内对甲基橙的降解率可达95%以上，重复利用3次降解率仍可达90%。实施方式41)称取1克分析纯BiCl3将其放置于50mL乙醇中，加热至40°C，搅拌使其溶解；2)采用25%- %的氨水调节溶液pH值至9，反应1.5小时，制得白色乳状液，即为前驱液；3)将步骤幻中制得的前驱液涂覆在表面清洁干净的钛板基体上，之后放置于 80°C烘箱中烘干，然后再重复涂覆、烘干15次，最后放置于80°C烘箱中再烘干3h，取出用蒸馏水浸泡清洗，即制得花球状微纳BiOCl薄膜光催化材料。将所制薄膜用于光催化降解水中甲基橙，反应条件为常温常压，10mg/L的甲基橙水溶液50mL，取所制薄膜lcmX6cm作为光催化剂，从反应器底部鼓入空气，每间隔一定时间取样分析，用紫外-可见分光光度法测量甲基橙的转化率。在紫外光下，150min内对甲基橙的降解率可达95%，重复使用3次之后，150min内对甲基橙的降解率仍大于90%。
权利要求
1. 一种花球状微纳薄膜光催化材料的制备方法，其特征在于是以三氯化铋为原料，醇为溶剂，氨水为PH值调节剂，采用醇解方法制备前驱液，然后将前驱液涂覆在钛板基体上， 经烘干、洗涤即制成花球状微纳BiOCl薄膜光催化材料，具体步骤如下1、称取0.2 1克分析纯BiCl3放置于10 50mL醇溶剂中，加热至40 80°C，搅拌使其溶解；II、采用25% 的氨水调节溶液pH值至7 9，反应1 2小时，制得白色乳状液，即为前驱液；III、将步骤II中制得的前驱液涂覆在表面清洁干净的钛板基体上，之后放置于75 80°C烘箱中烘干，然后再涂覆、烘干5 30次，最后放置于75 80°C烘箱中再烘干2 3h， 取出用蒸馏水浸泡清洗，即制得由直径为1 2 μ m，纳米片组装而成的花球构成的花球状微纳BiOCl薄膜，该薄膜光催化材料应用于水中有机物的光催化氧化处理中，特别是水中微量有毒有害难降解有机物的处理中，所用光源为波长365nm紫外光，反应条件为常温常压，所制BiOCl薄膜光催化材料放置于有机水溶液中正对光源，从反应器底部鼓入空气。
2.按照权利要求1所述的一种花球状微纳BiOCl薄膜光催化材料的制备方法，其特征在于所述的醇溶剂为乙二醇、乙醇或者丙二醇。
全文摘要
一种花球状微纳薄膜光催化材料的制备方法，属于环境化工光催化水处理技术领域。本发明采用醇解和涂覆相结合的方法在钛板基体上制备BiOCl薄膜，首先以BiCl3为原料，醇类为溶剂，经用氨水调节pH值，控制反应温度在40-80℃及反应时间1-2小时，制备前驱液；然后将前驱液涂覆在钛板基体上，经烘干，洗涤即制得由直径为1～2μm，纳米片组装而成的花球构成的花球状微纳BiOCl薄膜光催化材料。该方法制备工艺简单，条件温和，操作周期短，便于实现批量生产，且制成的薄膜具有独特的空间形貌和良好的光催化活性，适合应用于光催化降解水中或空气中的有机污染物。
文档编号C02F1/74GK102513133SQ20111034241
公开日2012年6月27日 申请日期2011年10月26日 优先权日2011年10月26日
发明者丁光月, 侯红串, 刘晓霞, 张小超, 李双志, 梁镇海, 樊彩梅, 王雅文, 王韵芳 申请人:太原理工大学