一种以C3N4为模板制备介孔线状钛酸铋的方法与流程

本发明属于光催化技术领域，具体涉及一种以硝酸铋和钛酸四丁酯为铋源和钛源，以c3n4为模板，制备线状钛酸铋光催化剂的方法。

背景技术：

随着现代工农业的发展,水环境污染越来越严重,水体中大量有机污染物严重威胁着人类自身乃至动植物的健康生长，治理水污染迫在眉睫。光催化技术是一种高级氧化技术(aops),近年来在有机废水特别是在高浓度、难降解废水的治理中受到广泛的关注。其中，一维材料由于其大量的孔隙结构和高比表面积一直是近几年研究的热点。也因为这些优点，这种结构的材料有着更强的光催化活性。

bi2o3和tio2复合可形成具有多种晶相结构的复合氧化物:bi4ti3o12，bi2ti2o7，bi2ti4o11，bi12tio20，bi20tio32等，通称为钛酸铋化合物。钛酸铋化合物有着特殊的晶体结构和电子结构,在它们的结构中均存在tio6八面体或tio4四面体,而与之相连接的bion多面体中存在因拥有6s²孤对电子对而具有立体活性的bi³⁺离子,这就使得其具有很好的光催化活性。xu等(acta.chimica.sinica,2005,63(1),5)将一定摩尔比的硝酸铋和钛酸四丁脂溶解在醋酸溶液中，通过化学溶液分解法得到钛酸铋的前驱体，再在550℃下煅烧，制备了bi12tio20，bi4ti3o12，bi2ti2o7纳米粉体。wang等(mater.lett,2014,121(2),22)将硝酸铋和钛酸四丁脂溶解在二甲氧基乙醇和氢氧化钠水溶液中，通过溶剂热法在180℃下反应20h，制备了bi4ti3o12纳米片。hou等(nanoscale,2013,5(5),2028)将硝酸铋和钛酸四丁酯溶解在dmf中，以pvp为表面活性剂，通过静电纺丝法制得了介孔bi4ti3o12纳米纤维。然而这些方法制得的钛酸铋,其比表面积仅为10m²g^-1，并且步骤都比较复杂，耗时而且成本高，这些都限制了钛酸铋的大规模生产及其在实际体系中的广泛应用。所以开发操作简单，成本低廉，适用于大规模生产的方法，已经成为介孔钛酸铋光催化制剂生产者们所追求的主要目标。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种以c3n4为模板制备具有良好光催化活性的介孔线状钛酸铋光催化剂的方法。

本发明通过以下步骤实现：

(1)称取一定量的硝酸铋于烧杯中，加入冰醋酸搅拌溶解，再向其中加入乙酰丙酮与钛酸四丁酯，继续搅拌至混合均匀；

(2)向步骤(1)所得溶液中加入c3n4，搅拌至c3n4分散完全，将悬浊液倒入蒸发皿中，放置在烘箱内制得前驱体粉末；

(3)将步骤(2)得到的前驱体粉末经过煅烧，得到介孔线状钛酸铋粉末。步骤(1)中，所述硝酸铋与钛酸四丁酯的摩尔比为4：3；所述冰醋酸、钛酸四丁酯和乙酰丙酮的体积比为20：0.52：(0.1-0.5)。

步骤(1)中钛酸四丁酯与步骤(2)中c3n4的质量比为1：10。

步骤(2)中，烘箱蒸发的温度范围为140～180℃，反应时间5～10h。

步骤(3)中，所述煅烧温度为450～550℃，升温速率为2.5～5℃/min，煅烧时间为0.5～4h。

本发明所制得的介孔钛酸铋为钙钛矿型，晶化完全，形貌规则，分散性好。

利用x射线衍射仪(xrd)、扫描电子显微镜(sem)、透射电子显微镜(tem)、全自动物理化学吸附分析仪(bet)等温吸附模式测比表面积对产物进行形貌结构分析，以罗丹明b溶液为目标染料进行光催化降解实验，通过紫外-可见分光光度计测量吸光度，以评估其光催化活性。

本发明具有以下优点：

(1)本方法以c3n4为模板，采用化学溶液分解法，具有反应条件易控制、工艺和流程简便、低能耗的优点。

(2)用此方法制备的介孔线状钛酸铋，具备形貌规则，孔径分布均匀、比表面积大、光催化效果好等优点。

附图说明

图1为所制备介孔线状钛酸铋的xrd衍射谱图，图中衍射峰均为钙钛矿钛酸铋特征衍射峰。

图2为所制备介孔线状钛酸铋的扫描图a与透射电镜照片b。

图3为所制备介孔线状钛酸铋的氮气吸附脱附图。

图4为商业p25和介孔线状钛酸铋光催化降解罗丹明b溶液的时间-降解率关系图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

在50ml的烧杯中加入20ml冰醋酸溶液，再加入1g硝酸铋，磁力搅拌至溶解，用微量进样器分别加入0.1ml乙酰丙酮和0.52ml钛酸四丁酯，待反应物混合均匀后，再加入5gc3n4，继续搅拌至c3n4分散完全。将所得混合物倒入蒸发皿中，140℃蒸发8h。将所得的粉末置于坩埚中，2.5℃/min升温到550℃，并保温4h。

图1为制得的样品的xrd衍射谱图，对比标准jcpds卡片(21-1272),可以确定为结晶性良好的钙钛矿bi4ti3o12粉体；图2为扫描和透射电镜照片，从图中可以清晰的看到明显的线状结构；图3为氮气吸附脱附图，根据iupac分类，其吸附等温线符合iv型，说明其中存在明显的介孔结构。

实施例2

在50ml的烧杯中加入20ml冰醋酸溶液，再加入1g硝酸铋，磁力搅拌至溶解，用微量进样器分别加入0.5ml乙酰丙酮和0.52ml钛酸四丁酯，待反应物混合均匀后，再加入5gc3n4，继续搅拌至c3n4分散完全。将所得混合物倒入蒸发皿中，140℃蒸发8h。将所得的粉末置于坩埚中，2.5℃/min升温到450℃，并保温4h。

实施例3

在50ml的烧杯中加入20ml冰醋酸溶液，再加入1g硝酸铋，磁力搅拌至溶解，用微量进样器分别加入0.1ml乙酰丙酮和0.52ml钛酸四丁酯，待反应物混合均匀后，再加入5gc3n4，继续搅拌至c3n4分散完全。将所得混合物倒入蒸发皿中，180℃蒸发10h。将所得的粉末置于坩埚中，5℃/min升温到450℃，并保温0.5h。

实施例4

在50ml的烧杯中加入20ml冰醋酸溶液，再加入1g硝酸铋，磁力搅拌至溶解，用微量进样器分别加入0.3ml乙酰丙酮和0.52ml钛酸四丁酯，待反应物混合均匀后，再加入5gc3n4，继续搅拌至c3n4分散完全。将所得混合物倒入蒸发皿中，140℃蒸发8h。将所得的粉末置于坩埚中，3℃/min升温到450℃，并保温1h。

实施例5

(1)配制浓度为10mg/l的罗丹明b溶液，将配好的溶液置于暗处。

(2)称取制备的钛酸铋0.1g，置于光反应器中，加入100ml步骤(1)所配好的罗丹明b溶液，磁力搅拌30min，鼓泡，暗反应1h,待钛酸铋分散均匀后，打开水源，光源，进行光催化降解实验。

(3)每30min取样一次，取样量为5ml，用多管架自动平衡离心机离心3min,使催化剂完全沉淀，离心后用于紫外-可见吸光度的测量。

(4)由图4可见所制备的介孔线状钛酸铋具有优异的光催化活性，反应30min，对染料的降解率已达到30％，光照180min降解率接近100％，其性能优于p25。