碳量子点/钼酸铋纳米片复合光催化材料的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种碳量子点/钼酸铋纳米片复合光催化材料的制备方法，以葡萄糖、醋酸铋、钼酸铵为主要原料采用水热合成，并煅烧的方法制备出碳量子点/钼酸铋纳米片复合光催化材料。利用模拟太阳光对制备出的材料进行光催化性能的测试，通过降解生物难降解有机污染物罗丹明B来证明该材料优越的光催化性能。本发明从复合材料的角度出发，将钼酸铋和碳量子点复合在一起，制备出的复合光催化材料，该材料光催化活性较高，能在模拟太阳光下稳定降解罗丹明B和甲基橙等难以生物降解的有毒有机污染物，在环境保护方面有着很广阔的应用前景。
【专利说明】
碳量子点/钼酸铋纳米片复合光催化材料的制备方法
技术领域
[0001]本发明属于光催化复合材料制备领域，具体涉及碳量子点/钼酸铋纳米片复合光催化材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]现如今，环境污染和能源短缺已经成为人类社会可持续发展的主要阻碍。空气污染物和水污染物的大量排放，已经严重威胁着人类的健康生存，特别是一些难以被生物降解的有机污染物，这些污染物排放到环境中很难被降解，会在生物体内逐渐富集，最终成为人类的健康杀手。因此，研究新型有效的降解污染物的材料成为相关学术界筮待解决的重大课题。
[0003]Bi2Mo06(钼酸铋)是一种很好的光催化材料，其在可见光下，能够很好地降解罗丹明B、甲基橙、亚甲基蓝等难以被生物降解的有机有毒污染物。且钼酸铋具有入口无毒的环保特性，因此可以被应用在水处理的领域。在可见光的照射下，钼酸铋价带上的电子被激发到导带上形成电子-空穴对，分别引起还原和氧化反应。
[0004]碳量子点的尺寸很小，可以吸收可见光，并且发出波长在325_425nm的短波长光，从而激发钼酸铋形成电子空穴对。电子空穴对和溶液中的氧化剂或者还原剂发生反应生成活性自由基，从而降解有机染料分子。更重要的是碳量子点在钼酸铋的表面，可以接收钼酸铋导带中的电子，促使电荷分离，从而阻止电荷的复合。电子可以沿着碳量子点的导带网络传输，从而促使钼酸铋的空穴寿命延长提高催化剂的催化活性。碳量子点具有宽的吸收光谱带、化学稳定性、光致发光、上转换和下转换荧光、接受电子和给出电子的性质，并且对环境无害。
[0005]设计一种方面得到广泛的应用。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种新型的纳米复合光催化材料的制备方法，根据Bi2MoO6和碳量子点各自的特性，将两者结合，消除难以被生物降解的有机污染物实现有效降解，消除有机污染物在生物体内逐渐富集，用以解决环境保护和人类的健康问题。
[0007]本发明通过以下技术方案实现上述目的。碳量子点/钼酸铋纳米片复合光催化材料的制备方法，制备步骤如下:
步骤一、钼酸铋的合成:
1)精确称取醋酸铋和四水合钼酸铵两种固体，将上述两种固体溶解在去离子水中，用磁力搅拌器搅拌30min;
2)将脲加入到乙醇中，溶解之后加入到上述步骤I)的溶液中；
3)将上述步骤2)形成的混合物经150W超声处理1min，形成均匀的溶液；
4)将上述步骤3)的溶液转移至反应釜中，并保持在160°C温度条件下反应1h;
5)反应完成后，形成钼酸铋，将钼酸铋在转速为llOOOr/min的离心条件下离心1min并收集沉淀，然后用去离子水和乙醇分别洗涤两次，将洗涤好的产物放入烘箱中，在60°C温度中干燥6h，形成钼酸铋产品；
6)将干燥后的钼酸铋产品放入玛瑙研钵中研碎备用；
步骤二、碳量子点/钼酸铋纳米片复合光催化材料的合成:
1)称取葡萄糖并用去离子水进行溶解，加入所述步骤一合成出来的钼酸铋产品中，形成混合物；
2)经搅拌20min，超声分散1min之后，再将上述步骤I)产生的混合物转移到反应釜中，在160°C水热条件下反应6h;
3)将上述步骤2)反应完成后所得产物在转速为11000r/min的离心条件下离心1min并收集沉淀，然后用去离子水和乙醇分别洗涤两次，将洗涤好的产物放入烘箱中，在60°C温度中干燥6h ；
4)将干燥好的产品放入马弗炉中，在300°C温度的条件下煅烧4h，升温速率为2°C/min;
5)将煅烧后的产物放入玛瑙研钵中研碎后储存备用，完成制备。
[0008]进一步地，所述的称取葡萄糖的质量分别为0.058、0.仏、0.158。
[0009]进一步地，所述反应釜为50ml内衬聚四氟乙烯不锈钢反应釜。
[0010]本发明从复合材料的角度出发，将钼酸铋和碳量子点复合在一起，制备出的复合光催化材料，该材料光催化活性较高，能在模拟太阳光下稳定降解罗丹明B和甲基橙等难以生物降解的有毒有机污染物，在环境保护方面有着很广阔的应用前景。
【附图说明】
[0011]图1为本发明称取40mg实施例1-3制得的产物在模拟太阳光下降解40ml浓度为I OPPm的罗丹明B溶液的降解曲线。
[0012]图2为本发明实施例1-3制得的产物的X射线衍射分析图。
[0013]图3为本发明实施例2制得的产物的TEM分析图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0015]实施例1:一种碳量子点/钼酸铋纳米片复合光催化材料的制备方法，制备步骤如下:
步骤一、钼酸铋的合成:
I)精确称取醋酸铋为0.3861g和四水合钼酸铵为0.08828g，将这两种材料的固体溶解在20ml去离子水中，用磁力搅拌器搅拌30min。
[0016]2)将0.3g脲加入到20ml乙醇中，溶解之后加入到经上述磁力搅拌器搅拌所产生的溶液中。
[0017]3)将步骤2)产生的混合物保持在150W超声处理10 min，以便形成均匀的溶液。
[0018]4)将步骤3)形成的溶液转移至50ml内衬聚四氟乙烯不锈钢反应釜中，保持在温度为160°C条件下反应10h。
[0019]5)反应完成后，将所形成的产物在转速为llOOOr/min的离心条件下离心lOmin，再收集沉淀，然后用去离子水和乙醇分别洗涤两次，将洗涤好的产物放入烘箱中，在温度为60°c条件下干燥6h，形成钼酸铋产品。
[0020]6)将干燥后的钼酸铋产品放入玛瑙研钵中研碎备用。
[0021 ]步骤二、碳量子点/钼酸铋纳米片复合光催化材料的合成:
I)称取0.05g葡萄糖用40ml去离子水溶解，加入0.1g步骤一合成出来的钼酸铋产品中，形成混合物。
[0022]2)经搅拌20min，超声分散1min之后，再将上述步骤I)产生的混合物转移到50ml的反应釜中，在160°C水热条件下反应6h。
[0023]3)反应完成后，将所得产物在转速为llOOOr/min的离心条件下离心1min并收集沉淀，然后用去离子水和乙醇分别洗涤两次，将洗涤好的产物放入烘箱中，在温度为60°C条件下干燥6h。
[0024]4)将干燥好的产品放入马弗炉中，在300°C温度的条件下煅烧4h，升温速率为2 V/min。
[0025]5)将煅烧后的产物放入玛瑙研钵中研碎后储存备用，完成制备。
[0026]所得的产物为A0.1B0.05。取40mg该产物在模拟太阳光下用于降解40ml 1PPm的罗丹明B溶液，60min后降解率达99.8%。
[0027]实施例2:—种碳量子点/钼酸铋纳米片复合光催化材料的制备方法，制备步骤如下:
步骤一、与实施例1相同。
[0028]步骤二、碳量子点/钼酸铋纳米片复合光催化材料的合成:
I)称取0.1g葡萄糖用40ml去离子水溶解，加入0.1g步骤一中合成出来的钼酸铋产品中，形成混合物。
[0029]2)经搅拌20min，超声分散1min之后，将混合物转移到50ml的反应釜中，在160°C水热条件下反应6 ho
[0030]3)反应完成后，将所得产物在转速为llOOOr/min的离心条件下离心1min并收集沉淀，然后用去离子水和乙醇分别洗涤两次，将洗涤好的产物放入烘箱中，在温度为60°C条件下干燥6h。
[0031 ] 4)将干燥好的产品放入马弗炉中，在300°C温度的条件下煅烧4h，升温速率为2°C/min。
[0032]5)将煅烧后的产物放入玛瑙研钵中研碎后储存备用，完成制备。
[0033]所得的产物为A0.1B0.1。取40mg该产物在模拟太阳光下用于降解40ml 1PPm的罗丹明B溶液，60min后降解率达98.34%。
[0034]实施例3:—种碳量子点/钼酸铋纳米片复合光催化材料的制备方法，制备步骤如下:
步骤一、与实施例1相同。
[0035]步骤二、碳量子点/钼酸铋纳米片复合光催化材料的合成:
I)称取0.15g葡萄糖用40ml去离子水溶解，加入0.1g步骤一中合成出来的钼酸铋产品中，形成混合物。
[0036]2)经搅拌20min，超声分散1min之后，将混合物转移到50ml的反应釜中，在160°C水热反应6 ho
[0037]3)反应完成后，将所得产物在转速为llOOOr/min的离心条件下离心1min并收集沉淀，然后用去离子水和乙醇分别洗涤两次，将洗涤好的产物放入烘箱中，在温度为60°C条件下干燥6h。
[0038]4)将干燥好的产品放入马弗炉中，在300°C温度的条件下煅烧4h，升温速率为2°C/min ο
[0039]5)将煅烧后的产物放入玛瑙研钵中研碎后储存备用，完成制备。
[0040]所得的产物为A0.1B0.15。取40mg该产物在模拟太阳光下用于降解40ml 1PPm的罗丹明B溶液，60min后降解率达95.7%。
[0041 ] 参见图1，实施例1-3制得的复合物用AXBY表示，A，B分别表示钼酸铋和葡萄糖。X，Y分别表不它们各自的质量。
[0042]实施例1-3中，所得的产物40mg在模拟太阳光下用于降解40ml 1PPm的罗丹明B溶液的降解效果比较，详见附图1。由附图1可知，模拟太阳光下，葡萄糖加入量为0.05g的时候降解效果最好，随着负载量继续增多，降解效果越来越差。
[0043]实施例1-3中，所得产物的X射线衍射分析图详见附图2。通过将附图2与标准TOF图片对照分析可知，产物为纯的Bi2Mo06(PDF N0.72-1524)，而且碳量子点的负载并没有改变Bi2MoO6的结构特征。
[0044]由产品的透射电镜图可以看到(见图3)，钼酸铋纳米片上负载着较多的碳量子点，尺寸较小的碳量子点极易在片上团聚，这些碳量子点团聚在钼酸铋纳米片上，团聚后的碳量子点平均尺寸在40nm左右。
【主权项】
1.碳量子点/钼酸铋纳米片复合光催化材料的制备方法，制备步骤如下: 步骤一、钼酸铋的合成: 1)精确称取醋酸铋和四水合钼酸铵两种固体，将上述两种固体溶解在去离子水中，用磁力搅拌器搅拌30min; 2)将脲加入到乙醇中，溶解之后加入到上述步骤I)的溶液中； 3 )将上述步骤2 )形成的混合物经150W超声处理I Omin，形成均匀的溶液； 4)将上述步骤3)的溶液转移至反应釜中，并保持在160°C温度条件下反应1h; 5)反应完成后，形成钼酸铋，将钼酸铋在转速为IlOOOr/min的离心条件下离心1min并收集沉淀，然后用去离子水和乙醇分别洗涤两次，将洗涤好的产物放入烘箱中，在60°C温度中干燥6h，形成钼酸铋产品； 6)将干燥后的钼酸铋产品放入玛瑙研钵中研碎备用； 步骤二、碳量子点/钼酸铋纳米片复合光催化材料的合成: 1)称取葡萄糖并用去离子水进行溶解，加入所述步骤一合成出来的钼酸铋产品，形成混合物； 2)经搅拌20min，超声分散1min之后，再将上述步骤I)产生的混合物转移到反应釜中，在160°C水热条件下反应6h; 3)将上述步骤2)反应完成后所得产物在转速为11000r/min的离心条件下离心1min并收集沉淀，然后用去离子水和乙醇分别洗涤两次，将洗涤好的产物放入烘箱中，在60°C温度中干燥6h ； 4)将干燥好的产品放入马弗炉中，在300°C温度的条件下煅烧4h，升温速率为2°C/min; 5)将煅烧后的产物放入玛瑙研钵中研碎后储存备用，完成制备。2.根据权利要求1所述的碳量子点/钼酸铋复合光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中称取葡萄糖的质量分别为0.05g、0.1g或0.15g。3.根据权利要求1所述的碳量子点/钼酸铋纳米片复合光催化材料的制备方法，其特征在于，所述反应釜为50ml内衬聚四氟乙烯不锈钢反应釜。
【文档编号】B01J23/31GK105879856SQ201610344339
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】谢宇, 孙朝阳
【申请人】南昌航空大学