一种磷酸铋纳米颗粒光催化材料的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种磷酸铋纳米颗粒光催化材料的制备方法，属纳米材料与光催化材料【技术领域】。本发明的特点在于用有机铋盐水解法制备纳米颗粒粒径为20~200纳米的磷酸铋纳米颗粒光催化材料。其制备方法为：将有机铋盐溶于油酸或甘油中，加入等摩尔的磷酸盐，再加入浓盐酸、水，形成混合均匀的混合溶液；然后在140~200oC温度下反应24~72小时，离心分离产物，水和乙醇洗涤，干燥后得到磷酸铋纳米颗粒光催化材料。利用本发明制备出的磷酸铋纳米颗粒光催化材料具有较好的紫外光催化活性。此法制备操作简单、工艺简单、产物粒径小，为光催化剂的理想材料。
【专利说明】一种磷酸铋纳米颗粒光催化材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种有机铋盐水解制备颗粒状磷酸铋纳米材料的方法，该纳米材料可用于有机废水的光催化降解处理。属纳米材料与光催化【技术领域】。
技术背景[0002]磷酸铋作为一种非金属含氧酸盐在离子传感器、放射性元素共沉淀与分离、有机催化剂等领域有着非常广泛的应用，尤其在作为光催化剂领域具有良好的应用前景。铋盐系列光催化剂具有光电转换率高、活性高等优点，磷酸盐系列光催化剂中磷酸根离子具有结构稳定性好、电子传输速度快、电子-空穴复合率低等优点，而磷酸铋集合了上述优点，具有独特的晶体结构和电子结构，作为光催化剂材料逐渐被科研人员发现。
[0003]目前，磷酸铋的主要制备方法有固相反应法、水热反应法、溶剂热法、回流法、微波法、超声波辐照法等。其中水热反应法和溶剂热法占有较重要地位。例如《环境科学与技术》(New Type of BiPO4 Oxy-Acid Salt Photocatalyst with High PhotocatalyticActivity on Degradation of Dye, Environ.Sc1.Technol., 2010, 44, 5570-5574)利用水热法制备了棒状磷酸铋，磷酸铋棒的尺寸为宽约6(T100纳米，长约300-500纳米。《物理化学学报》(回流法可控合成BiPO4纳米棒及其光催化性能，2013，29，576-584)采用回流法制备出棒状磷酸铋，但棒的尺寸较大，且多为六方相和三斜相组成的混合物。《无机化学》(One-Dimensional BiPO4Nanorods and Two-Dimensional BiOCl Lamellae:Fast Low-Temperature Sonochemiacl Synthesis, Characterization, and GrowthMechanism, Inorg.Chem., 2005, 44，8503-8509)采用超声波辐照法，制备出大长径比的纳米棒，宽约40-60纳米，长约2~5微米。《胶体与界面科学杂志》(MicrowaveSynthesis of BiPO4 Nanostructures and Their Morphology-Dependent PhotocatalyticPerformances, 2011, 363，497-503)报道了利用超声波辐照法，采用不同的溶剂，制备出颗粒状、米粒状和棒状磷酸铋。微波、超声辐照法虽然能制备出不同形貌的磷酸铋，但在水溶液中只能制备出六方结构的磷酸铋。且上述方法中的铋盐均为无机盐，在其与磷酸盐反应时会首先生成无定型结构形貌不规则的大颗粒前驱体。众所周知，纳米材料的粒径、尺寸、形貌对产物的性能具有重要影响，而这些结构有很大程度上取决于其制备方法。因而开发一种操作简单、工艺设备简单、产物粒径小、光催化活性高的磷酸铋材料，具有重要意义。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种磷酸铋纳米颗粒光催化材料的制备方法，本发明提供的磷酸铋纳米颗粒光催化材料具有较好的光催化活性。
[0005]本发明一种磷酸铋纳米颗粒光催化材料的制备方法，采用如下技术方案:
a.在磁力搅拌下，将一定量的有机铋盐溶于适量有机溶剂中，得到均匀溶液；
b.将一定量的磷酸盐加入到上述溶液中；两者的摩尔比为:有机铋盐:磷酸盐=1:1;所述的磷酸盐为磷酸钠或磷酸二氢钠中的任一种；所述的有机溶剂为油酸、甘油或乙二醇中的任一种；继续搅拌以形成均匀混合的溶液；
C.将一定量的浓盐酸、水滴加到上述溶液中，搅拌30分钟；
d.将上述混合均匀的溶液转移至反应釜中密闭14(T200°C反应24~72小时，离心分离，所得产品用去离子水和无水乙醇洗涤；
e.将步骤d所得的产物在60~80°C干燥后，即得到粒径约20-200纳米的磷酸铋纳米颗粒材料。
[0006] 本发明具有如下特点:
该制备操作简单、工艺设备简单、产物颗粒粒径小。采用溶剂热法，产物形貌重现性好，为功能材料的研究开发奠定了良好基础。上述小粒径产物具有较好的紫外光催化活性，对以罗丹明B为代表的典型有机污染物具有较好的光催化降解能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1为本发明实施例1的产物的透射电子显微镜(TEM)形貌图。
[0008]图2为本发明实施例1的产物的X射线粉末衍射(XRD)图谱。
[0009]图3为本发明实施例1的产物在紫外光下催化降解罗丹明B的曲线。
[0010]图4为本发明实施例2的产物的透射电子显微镜(TEM)形貌图。
[0011]图5为本发明实施例3的产物的透射电子显微镜(TEM)形貌图。
[0012]图6为本发明实施例4的产物的透射电子显微镜(TEM)形貌图。
【具体实施方式】
[0013]现将本发明的具体实施叙述于后。
[0014]实施例1
(1)在磁力搅拌下，将2mmol三苯基秘溶于80 ml油酸中，得到均匀溶液；
(2)将2mmol磷酸二氢钠加入到上述溶液中，继续搅拌以形成混合均匀的溶液；
(3)将0.1 ml浓盐酸滴加到上述溶液中，搅拌30分钟；
(4)将上述混合均匀的溶液转移到100ml容积的内衬为聚四氟乙烯的不锈钢反应釜内，将高压反应釜密封后置于烘箱内，在140 0C下恒温反应24小时，自然冷却到室温；
(5)从反应釜中收集产物，离心分离，分别用用去离子水和无水乙醇反复洗涤；最后在60 0C的干燥箱中烘干12小时，即得到产物磷酸铋纳米材料。
[0015]将产物分散于无水乙醇中，然后载于铜网、干燥，用透射电子显微镜(TEM)对产物表征观察，图1可见产物为颗粒状，粒径约为20-50纳米。
[0016]实施例2
(1)在磁力搅拌下，将2mmol柠檬酸铋溶于80 ml油酸中，得到均匀溶液；
(2)将2mmol磷酸钠加入到上述溶液中，继续搅拌以形成混合均匀的溶液；
(3) 将0.1 ml浓盐酸滴加到上述溶液中，搅拌30分钟；
(4)将上述混合均匀的溶液转移到100ml容积的内衬为聚四氟乙烯的不锈钢反应釜内，将高压反应釜密封后置于烘箱内，在180 0C下恒温反应24小时，自然冷却到室温；
(5)从反应釜中收集产物，离心分离，分别用用去离子水和无水乙醇反复洗涤；最后在80 0C的干燥箱中烘干12小时，即得到产物磷酸铋纳米材料。
[0017]将产物分散于无水乙醇中，然后载于铜网、干燥，用透射电子显微镜(TEM)对产物表征观察。图2可见产物为颗粒状，粒径约为30-60纳米。
[0018]实施例3
(1)在磁力搅拌下，将2mmol柠檬酸铋溶于80 ml乙二醇中，得到均匀溶液；
(2)将2mmol磷酸二氢钠加入到上述溶液中，继续搅拌以形成混合均匀的溶液；
(3)将0.1 ml水滴加到上述溶液中，搅拌30分钟；
(4)将上述混合均匀的溶液转移到100ml容积的内衬为聚四氟乙烯的不锈钢反应釜内，将高压反应釜密封后置于烘箱内，在200 0C下恒温反应72小时，自然冷却到室温；
(5)从反应釜中收集产物，离心分离，分别用用去离子水和无水乙醇反复洗涤；最后在60 0C的干燥箱中烘干12小时，即得到产物磷酸铋纳米材料。
[0019]将产物分散于无水乙醇中，然后载于铜网、干燥，用透射电子显微镜(TEM)对产物表征观察。图3可见产物为颗粒状，粒径约为100-200纳米。
[0020]实施例4
(1)在磁力搅拌下，将2mmol三苯基秘溶于80 ml甘油中，得到均匀溶液；
(2)将2mmol磷酸钠加入到上述溶液中，继续搅拌以形成混合均匀的溶液；
(3)将上述混合均匀的溶液转移到100ml容积的内衬为聚四氟乙烯的不锈钢反应釜内，将高压反应釜密封后置于烘箱内，在160 °C下恒温反应48小时，自然冷却到室温；
(4)从反应釜中收集产物，离心分离，分别用用去离子水和无水乙醇反复洗涤；最后在80 0C的干燥箱中烘干12 小时，即得到产物磷酸铋纳米材料。
[0021]将产物分散于无水乙醇中，然后载于铜网、干燥，用透射电子显微镜(TEM)对产物表征观察。图4可见产物为颗粒状，粒径约为80-200纳米。
【权利要求】
1.一种磷酸铋纳米颗粒光催化材料的制备方法，其特征在于具有以下的过程和步骤: a.在磁力搅拌下，将有机铋盐溶于适量有机溶剂中，得到均匀溶液； b.将磷酸盐加入到上述溶液中；两者的摩尔比为:有机铋盐:磷酸盐=1:1;所述的有机铋盐为柠檬酸铋或三苯基铋中的任一种；所述的磷酸盐为磷酸钠或磷酸二氢钠中的任一种；所述的有机溶剂为油酸、甘油或乙二醇中的任一种；继续搅拌以形成混合均匀的溶液； c.将一定量的浓盐酸、水滴加到上述溶液中，搅拌30分钟； d.将上述混合均匀的溶液转移至反应釜后14(T2000C反应24~72小时，离心分离，将所得产品用去离子水和无水乙醇洗涤； e.将步骤d所得的产物在6(T80°C燥后，即得到粒径为20-200nm的磷酸铋纳米颗粒光催化材料。
【文档编号】B01J27/186GK103896236SQ201410110373
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月24日 优先权日:2014年3月24日
【发明者】陆文聪, 马文敬, 张良苗, 赵鑫, 钱娜, 熊攀 申请人:上海大学