纳米球及其制备方法及在污染物检测中的应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于治理环境污染的半导体光催化剂及制备方法及污染物检测中的应用，特别是一种可见光响应的新型光催化剂ZnBi2O4纳米球及其制备
方法及在污染物检测中的应用。
【背景技术】
[0002]能源危机和环境问题已是人类必须要面临的两个严峻问题，如何有效的控制和治理各种化学污染物对环境的污染是环境综合治理中的重点。近些年，作为高级氧化技术之一的半导体光催化氧化技术，正受到国内外学者的广泛研究，这种技术可以以太阳能作为能源来降解环境中的污染物，有效地利用太阳能，降低人们的能源利用。
[0003]半导体光催化氧化技术始于日本科学家Fujishima和Honda发现受光福照的Ti〇2单晶电极可以将H2O分解，利用T12半导体光催化剂将光能转化为电能和化学能就成为半导体光催化领域的研究热点。然而，锐钛矿型T12的禁带宽度为3.2 eV，其激发波长为387.5nm，属于太阳光中的紫外光范围。而对于太阳能，其主要能量集中于400?600nm的可见光范围，这大大减少了 T12半导体光催化剂的效率，因此，开发出对可见光响应的新型的半导体材料是半导体光催化剂研究的重点内容之一。
[0004]在众多的新开发的半导体光催化剂中，研究者开发了铋酸盐化合物，发现该类催化剂具有较小的禁带宽度，能充分的利用太阳光，是一类有前景的光催化剂。但是随着研究的深入，大多数的铋酸盐化合物出现稳定性差，易光腐蚀，限制了其发展。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种不仅具有可见光响应的、对有机污染物具有降解能力而且稳定性好、不易腐蚀的可见光响应的新型光催化剂ZnBi2O4纳米球及制备方法及其应用，克服现有技术的不足。
[0006]本发明的可见光响应的新型光催化剂ZnBi2O4纳米球，是由Bi(NO3)3.5H20,Zn(NO3)2.6H20、NaAc、聚乙二醇经溶剂热反应获得的微观结构为球状浅黑色纳米级复合物。
[0007]本发明的可见光响应的新型光催化剂ZnBi2O4纳米球，其中所述的Bi(NO3)3.5H20与Ζη(Ν03)2.6H2O的用量为:1.8 mol?2.2mol:0.8 mol?1.2 mol。
[0008]本发明的可见光响应的新型光催化剂ZnBi2O4纳米球的制备方法，步骤如下:
1)将Bi(NO3)3.5H20、Zn(N03)2.6出0、乙二醇混合并搅匀得溶液，其中Bi(NO3)3.5Η20与Zn(NO3)2.6Η2Ο的摩尔比为1.8?2.2:0.8?1.2，乙二醇与Zn(NO3)2.6Η2Ο的摩尔比为:0.8?1.2:0.8?1.2;
2)向第I)步骤制得的溶液中加入NaAc，NaAc与Zn(NO3)2.6H2O的摩尔比为:13?17:0.8?1.2，持续搅拌25?35分钟；
3)在第2)步骤中的搅拌条件下向溶液内加入聚乙二醇，聚乙二醇与Zn(NO3)2.6H20摩尔比为:1?2:0.8?1.2，超声25?35分钟至溶液澄清，将溶液移入内衬聚四氟乙烯的反应釜中，在温度180?260 °C下反应14?30 h，反应结束后，自然冷却，得沉淀物；
4)分离第3)步骤获得的沉淀物，将沉淀物分别用去离子水和无水乙醇反复清洗3?6次，并在60 °C下干燥，得可见光响应的新型光催化剂ZnBi2O4纳米球。
[0009]本发明的可见光响应的新型光催化剂ZnBi2O4纳米球的制备方法，其中所述的Bi(NO3)3.5H20与Zn(NO3)2.6H20的摩尔比为2:1，乙二醇与Zn(NO3)2.6H20的摩尔比为:1:1.08；
所述的NaAc与Zn(NO3)2.6H20的摩尔比为:15:1;所述的持续搅拌为30分钟；
所述的聚乙二醇与Zn(NO3)2.6H20摩尔比为:1.43:1;所述的超声为30分钟;所述的溶液在内衬聚四氟乙烯的反应釜中反应温度为220 °C下反应22h。
[0010]本发明的可见光响应的新型光催化剂ZnBi2O4纳米球在污染物检测中的应用。
[0011 ]本发明的可见光响应的新型光催化剂ZnBi2O4纳米球在污染物检测中的应用，将所述的可见光响应的新型光催化剂ZnBi2O4纳米球放入反应器内，将惰性气体以流速20?100ml/min通入反应器吹扫至系统稳定，将气体污染物以流速I?10yL/h通入反应器10?60min后将进、出气口关闭，保持反应器密封，将反应器置于暗态使气相的污染物在ZnBi2O4纳米球固态表面吸附0.5?3h，开启氙灯进行光催化反应，反应过程中在出气口处取样测定。
[0012]本发明的可见光响应的新型光催化剂ZnBi2O4纳米球在污染物检测中的应用，其中所述的惰性气体的流速为20或40或60或80或100 ml/min;所述的污染物以流速I或2或4或6或8或10yL/h通入反应器10或20或40或60min;所述的吸附时间为0.5或I或1.5或2或2.5或3h。
[0013]本发明的可见光响应的新型光催化剂ZnBi2O4纳米球在污染物检测中的应用，将所述的可见光响应的新型光催化剂ZnBi2O4纳米球与污染物按质量比10?50:1溶于置有污染物溶液中，超声分散25?35 min，然后在黑暗中磁力搅拌25?35 min，取搅拌后的溶液在2500?3500 r/min下离心3?7min后测吸光度;然后以氙灯为光源进行照射，每15?25 min取样一次进行离心，然后测吸光度，通过吸光度计算污染物的含量。
[0014]本发明的可见光响应的新型光催化剂ZnBi2O4纳米球在污染物检测中的应用，其中所述的可见光响应的新型光催化剂ZnBi2O4纳米球与污染物的质量比为10或20或30或40或50:1;所述的超声分散时间为25或30或35 min;所述的磁力搅拌时间为25或30或35 min;所述的离心转数为2500或3000或3500 r/min;所述的离心时间为3或4或5或6或7min所述的取样间隔时间为15或20或25 min。
[0015]本发明与现有技术相比具有如下优点:
①ZnBi2O4纳米球的比表面积大，吸附能力强；
②ZnBi2O4纳米球与传统光催化剂二氧化钛相比，具有更好的可见光吸收性能，对光催化氧化降解有机污染物有很大的提尚;
③ZnBi2O4纳米球的制备方法比较简单，易于操作，适于工业生产。
【附图说明】
[0016]图1为实施例1中的ZnBi2O4纳米球放大倍数4800倍的扫描电镜图； 图2为实施例1中的ZnBi2O4纳米球棒紫夕卜-可见漫反射图；
图3为实施例1中的ZnBi2O4纳米球与现有技术中的T12光催化降解二甲苯降解图；
图4为实施例1中的ZnBi2O4纳米球与Ti02光催化降解苯酚效果对比图。
【具体实施方式】
[0017]下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
[0018]实施例1
将 1.9402 g Bi(NO3)3.5H20和0.5847 g Zn(NO3)2.6H2O粉末溶于30mL乙二醇中，超声30min，室温下搅拌30 min，得溶液；向上述溶液中加入0.1629 g的NaAc，室温搅拌30 min；在搅拌条件下向上述溶液加入2 g的聚乙二醇，超声处理30 min至溶液澄清。将混合后的溶液转移至内衬聚四氟乙烯的120 mL高压釜中，在温度240 °C下反应22 h，自然冷却至室温。离心并收集底部沉淀物，依次用去离子水、乙醇清洗沉淀物，将沉淀物在60 °C干燥箱中干燥后，研磨为细小颗粒，得到的浅黑色粉末状物质即为ZnBi2O4纳米球，从图1上可以清楚显示ZnBi2O4纳米球，从图2上可以看出，在400-800nm可见光范围内ZnBi2O4纳米球有较强的吸光率。
[0019]实施例2
将 1.9402 g Bi(NO3)3.5H20和0.5847 g Zn(NO3)2.6H2O粉末溶于30mL乙二醇中，超声30min，室温下搅拌30 min，得溶液；向上述溶液中加入0.1629 g的NaAc，室温搅拌30 min；在搅拌条件下向上述溶液加入2 g的聚乙二醇，超声处理30 min至溶液澄清。将混合后的溶液转移至