)光催化剂的低温制备方法
【技术领域】
[0001]本发明是一种γ -Bi2O3光催化剂的低温制备方法，属于材料制备领域。
【背景技术】
[0002]Bi2O3作为一种功能性半导体材料已经渗透到人类的生产和生活中，特别是在电子陶瓷工业、有机合成催化等领域已得到广泛应用。同时氧化铋因其独特的光学性能，使其在能源利用与环境保护方面显示出诱人的前景，被认为是一种潜在的光催化剂材料。Bi2O3属于P-型半导体，是一种先进的半导体光催化材料。Bi2O3具有多种晶体结构:面心立方相S-Bi2O3，体心立方相γ-Bi2O3，四方相β-Bi2O3，单斜相Ct-Bi2O30随晶体结构的不同，带隙宽度在2.38-3.96 eV之间变化。由于不同晶型之间禁带宽度差别较大，作为光催化剂时，其光催化活性也表现出较大的差异。
[0003]γ -Bi203因其理想的禁带宽度和高效的电子和空穴分离效率，在Bi 203的三种晶型中，被认为是光催化效果最好的氧化铋晶型。但是Y-Bi2O3为高温亚稳晶相，难以在低温条件下合成与制备。Y-Bi2O3的生产大多采用高温煅烧和其它一些高温处理，例如:专利CN 102491417A中公开了一种花球形γ-Bi2O3制备方法，但是该发明采用的是水热合成方法，需要在同时具备高温高压条件下才能进行，对实验设备的耐压性及耐热性都有很高的要求，而且所制备产品的纯度较低。文献Weichang Hao等(J.Mater.Sc1.Technol.,2014，30 (2)，192-196)通过沉淀法生产出前驱体，在353°C条件下干燥12 h，然后再经过773°C条件下焙烧2 h，反应过程中需要长时间高温干燥及焙烧，而且制备路线较为复杂，使催化剂的制备成本增高，限制了其实际应用。
【发明内容】
[0004]本发明就是针对上述问题，提供一种Y -Bi2O3的低温制备方法。本发明操作简单、安全性好，并且制备的产品具有产品纯度高、稳定、光催化活性高的特点。
[0005]一种γ -Bi2O3光催化剂的低温制备方法，包括如下步骤:
(1)将Bi(NO3) 3.5Η20溶于稀硝酸中配制一定浓度的Bi (NO3) 3的硝酸溶液；
(2)配制一定浓度的强碱性水溶液，并将其置于特定温度的水浴条件，恒温加热；
(3 )将步骤(I)中Bi (NO3) 3的硝酸溶液缓慢滴加入强碱性水溶液中，并在恒温水浴条件下反应一定时间；
(4)将步骤(3)得到的产物冷却至室温，经过过滤、洗涤、干燥即可得到 γ -Bi2O30
[0006]步骤⑴中所述的Bi (NO3) 3的浓度为0.1-9 mol/L。
[0007]步骤⑴中所述的稀硝酸的浓度为0.02-5 mol/L。
[0008]步骤⑵中所述的碱性溶液为NaOH或KOH的水溶液。
[0009]步骤(2)中所述的碱性溶液NaOH或KOH的浓度为0.5-20 mol/L。
[0010]步骤(3)中所述的水浴温度范围为50~95°C。
[0011]步骤(3)中所述的反应时间为0.5~24 h。
[0012]步骤⑷中所述的产物在30~90°C条件下烘干2~24 h。
【附图说明】
[0013]图1为实施例1中γ -Bi2O3样品的X射线衍射(XRD)图；
图2为对比例I中a -Bi2O3样品的X射线衍射(XRD)图；
图3为光照180 min时，对比例I中a -Bi2O3、实施例1中γ-Bi2O3样品对罗丹明B的光催化降解率图；
图4为对比例2中α / γ _Bi203、实施例2中γ -Bi2O3样品的X射线衍射(XRD)图；
图5为实施例2中Y-Bi2O3样品对罗丹明B的光催化降解率图；
图6为对比例2中α和γ混合晶相氧化铋(α / γ -Bi2O3)的扫描电镜图；
图7为实施例3中γ-Bi2O3样品的扫描电镜图；
图8为实施例3中Y-Bi2O3样品对罗丹明B的光催化降解率图。
【具体实施方式】
[0014]为了进一步说明本发明，列举以下实施例，但它并不限制各附加权利要求所定义的发明范围。
[0015]实施例1
γ-Bi2O3光催化材料的低温制备及光催化活性
1.1 Y-Bi2O3光催化材料的低温制备方法包括如下步骤:
(1)将扮(勵3)3.5!120溶于Imol/L的硝酸中，配制成浓度为0.5 mol/L的Bi (NO3) 3的硝酸溶液；
(2)配置浓度为2mol/L的NaOH溶液，将NaOH溶液放入水浴锅中加热到75°C，恒温；
(3)将步骤(I)中Bi(NO3)3的硝酸溶液缓慢滴加入步骤(2)中的NaOH溶液，温度保持在 75 0C ；
(4)当滴加结束后，继续保持75°C恒温反应3h ；
(5)停止反应后将得到的产物冷却至室温，用去离子水和无水乙醇洗涤，在60°C干燥12h，即可得的γ -Bi2O3O
[0016]图1 为 γ -Bi2O3样品的 XRD 谱图，在 2 Θ =24.7。、27.7。、30.4。、32.9。、41.7°、52.5。、54.2。、55.6。处观察到属于γ-Bi2O3的特征衍射峰，这些衍射峰与JCPDF(#74-1375)中γ-Bi2O3标准衍射峰一致，说明实施例1中得到的产物为γ_Β? 203。另夕卜，XRD衍射图谱中无杂质峰且衍射峰尖锐，说明所生产的Y-Bi2O3的纯度与结晶度都较尚O
[0017]1.2 γ-Bi2O3光催化材料的光催化活性
利用光催化降解罗丹明B为模型反应，考察了 γ-Bi2O3样品的光催化活性。容积为60mL的反应器上方悬有125 W高压汞灯光源。在反应器中加入初始浓度为10 mg/L的罗丹明B水溶液60 mL和0.06 g的催化剂(γ_Β?203)，搅拌以构成悬浮体系。在汞灯光源的照射下进行光降解反应。在开灯之前，反应溶液在黑暗条件下搅拌30 min以达到吸附平衡。光照之后，每隔一定时间取相同体积的上层清夜，离心后取上层清液在罗丹明B的553 nm吸收波长处测定其吸光度值，根据标准曲线确定亚罗丹明B的浓度。
[0018]分析方法:在罗丹明B的最大吸收波长处分析滤液中罗丹明B的浓度，因为浓度与吸光度成正比，罗丹明B的光致降解率D可由下式求出:
D = (A0-A )/ A0, 100%
其中，A。为光照理论罗丹明B的吸光度，A为光照时间为t时罗丹明B的吸光度。
[0019]图3为实施例1中Y-Bi2O样品对罗丹明B的光催化降解率图，从图中可以看出，在光催化剂加入量为0.06 g、罗丹明B的体积为60 mL(10 mg/L)、光照180 min的条件下，Y-Bi2O3对罗丹明B的降解率可达到72 %，说明γ-Bi2O3具有优异的光催化活性。
[0020]对比例I
a-Bi2O3光催化材料的低温制备及光催化活性
按照实施例1相同的操作过程，与实施例1不同之处在于，实施例1步骤(4)中的75°C恒温反应时间为10 min。图2为对比例I中样品的XRD谱图，在2 Θ =25.8° ,26.9°、27.4° ,28.0°