本发明属于介孔材料合成技术领域，具体涉及一种水热及热分解法合成介孔氧化铋(bi2o3)的方法。
背景技术：
介孔材料具有较大的比表面积，大小可控的孔径以及规整的孔道结构，可以处理较大的分子或基团。
介孔材料在环境治理和保护方面用于降解有机污染物，用于水质净化、空气净化和汽车尾气的转化处理等。在高技术先进材料领域，用作电极材料和光学材料，制备出比常规材料更优异的新型光催化材料。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术中的不足，提供一种水热及热分解法合成介孔氧化铋(bi2o3)的方法，产物性能优良，可应用于环境保护，吸附和光催化降解有机污染物，也可作为储能材料，用作电极材料。
本发明采用以下技术方案：
一种水热及热分解法合成介孔氧化铋的方法，以硝酸铋bi(no3)3·5h2o为铋源、聚乙二醇600为模板、尿素为沉淀剂，采用水热法及热分解法制备介孔氧化铋bi2o3。
具体的，包括以下步骤：
s1、取去离子水和聚乙二醇600按比例混合得到溶液a，再向溶液a中加入bi(no3)3·5h2o，搅拌至完全溶解得溶液b；
s2、取co(nh2)2加入到溶液b中，搅拌至完全溶解得溶液c；
s3、将溶液c转移到反应釜中，经水热反应得到水热合成产物d；
s4、将水热合成产物d经分离、洗涤、烘干和研磨后得bi2o2co3；
s5、将步骤s4制备的bi2o2co3置于马弗炉中焙烧后研磨得到介孔bi2o3。
进一步的，步骤s1中，去离子水和聚乙二醇600按(3～5):1的质量比混合。
进一步的，硝酸铋bi(no3)3·5h2o的加入质量为聚乙二醇600加入质量的1/10～1/5。
进一步的，步骤s2中，尿素co(nh2)2的加入质量为步骤s1中bi(no3)3·5h2o加入质量的10～15倍。
进一步的，步骤s3中，水热反应釜的填充度为70～80％，水热反应温度为150～180℃，水热反应时间为12～18h，水热反应完成后需自然冷却至室温。
进一步的，步骤s4中，离心分离，离心转速为8000～10000rpm，洗涤剂为去离子水和乙醇，烘干温度为80～90℃，烘干时间为12～24h。
进一步的，步骤s5中，焙烧温度为420～450℃，焙烧时间为2～3h。
进一步的，焙烧气氛为ar，气体流速为300～500sccm。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明一种水热及热分解法合成介孔氧化铋的方法，采用水热-热分解法，以bi(no3)3·5h2o为铋源、聚乙二醇600为模板、尿素为沉淀剂可制备介孔bi2o3，优化了介孔bi2o3制备工艺，工艺流程简单，产品性能优良，具有较好的吸附性能和光催化性能，并可以作为电极材料。
进一步的，去离子水和聚乙二醇600的质量比为3:1～5:1，在此范围内聚乙二醇600浓度大于其临界胶束浓度，有利于获得介孔bi2o3，硝酸铋bi(no3)3·5h2o的加入量为聚乙二醇600加入量的1/10～1/5，有利于降低bi2o3粒度。
进一步的，co(nh2)2的加入量为步骤s1中bi(no3)3·5h2o加入量的10～15倍，保证足够的co32-含量和碱度。
进一步的，离心分离可以去除杂质，并获得较高的分离效率，经去离子水可以除去无机杂质，乙醇可以除去有机杂质，烘干可以除去水分。
进一步的，水热反应的温度范围为150～180℃，填充度为70～80％，该条件下有利于形成高压条件。反应时间为12～18h，有利于反应充分进行。
进一步的，在80～90℃烘干既可以除去水分，又可以避免产物受热分解，干燥12～24h可以保证充分除去水分。
进一步的，焙烧温度为420～450℃，在此温度下bi2o2co3分解产生介孔bi2o3，焙烧时间为2～3h有利于分解完全。
进一步的，焙烧气氛为ar，保证无其它副反应发生，流速为300～500sccm，ar气流可将分解产生的co2气体带出反应体系，使分解反应更加完全。
综上所述，本发明工艺简单，有效优化介孔bi2o3制备工艺，制备的产品性能优良，能作为光催化材料使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明中间产物bi2o2co3的xrd谱图；
图2为本发明产物bi2o3的xrd谱图；
图3本发明制备介孔bi2o3对2,4二硝基苯酚的可见光光催化效果。
具体实施方式
本发明提供了一种水热及热分解法合成介孔氧化铋的方法，以硝酸铋bi(no3)3·5h2o为铋源、聚乙二醇600为模板、尿素为沉淀剂制备介孔氧化铋bi2o3，包括以下步骤：
s1、取去离子水和聚乙二醇600按(3～5):1的质量比混合得到溶液a，再向溶液a中加入bi(no3)3·5h2o，搅拌至完全溶解得溶液b；
硝酸铋bi(no3)3·5h2o的加入量为步骤s1中聚乙二醇600加入量的1/10～1/5；
s2、取co(nh2)2加入到溶液b中，搅拌至完全溶解得溶液c；
尿素co(nh2)2的加入量为步骤s1中bi(no3)3·5h2o加入量的10～15倍；
s3、将溶液c转移到反应釜中，经水热反应得到水热合成产物d；
水热反应釜的填充度为70～80％，水热反应温度为150～180℃，水热反应时间为12～18h，水热反应完成后需自然冷却至室温。
s4、将水热合成产物d经分离、洗涤、烘干和研磨后得bi2o2co3，xrd分析结果如图1所示，由图1可见，中间产物为bi2o2co3，产物结晶度高，无其它晶相，纯度较高；
离心转速为8000～10000rpm，洗涤剂为去离子水和乙醇，烘干温度为80～90℃，烘干时间为12～24h。
s5、将bi2o2co3于马弗炉中焙烧后研磨得介孔bi2o3，xrd分析结果如图2所示，产物为bi2o3，产物结晶度高，无其它晶相，纯度较高。
焙烧温度为420～450℃，焙烧时间为2～3h，焙烧气氛为ar，气体流速为300～500sccm。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种水热-热分解法合成介孔bi2o3的方法，包括以下步骤：
1)将去离子水和聚乙二醇600按3:1的质量比混合得到溶液a，再向溶液a中加入bi(no3)3·5h2o，bi(no3)3·5h2o的加入量为聚乙二醇600加入量的1/10；搅拌至完全溶解得溶液b；
2)将co(nh2)2加入到溶液b中，co(nh2)2的加入量为步骤1)中bi(no3)3·5h2o加入量的10倍。搅拌至完全溶解得溶液c；
3)将溶液c转移到反应釜中，水热反应釜的填充度为70％，经150℃水热反应12h得到水热合成产物d；
4)将水热合成产物d经8000rpm离心分离，去离子水和乙醇洗涤，80℃烘干24h，研磨后得bi2o2co3；
5)将bi2o2co3于马弗炉中于420℃焙烧3h后研磨得介孔bi2o3，焙烧气氛为ar，气体流速为300sccm。
实施例2
一种水热-热分解法合成介孔bi2o3的方法，包括以下步骤：
1)将去离子水和聚乙二醇600按4:1的质量比混合得到溶液a，再向溶液a中加入bi(no3)3·5h2o，bi(no3)3·5h2o的加入量为聚乙二醇600加入量的1/8；搅拌至完全溶解得溶液b；
2)将co(nh2)2加入到溶液b中，co(nh2)2的加入量为步骤1)中bi(no3)3·5h2o加入量的12倍，搅拌至完全溶解得溶液c；
3)将溶液c转移到反应釜中，水热反应釜的填充度为75％，经165℃水热反应15h得到水热合成产物d；
4)将水热合成产物d经10000rpm离心分离，去离子水和乙醇洗涤，85℃烘干18h，研磨后得bi2o2co3；
5)将bi2o2co3于马弗炉中于435℃焙烧2.5h后研磨得介孔bi2o3，焙烧气氛为ar，气体流速为500sccm。
实施例3
一种水热-热分解法合成介孔bi2o3的方法，包括以下步骤：
1)将去离子水和聚乙二醇600按5:1的质量比混合得到溶液a，再向溶液a中加入bi(no3)3·5h2o，bi(no3)3·5h2o的加入量为聚乙二醇600加入量的1/5；搅拌至完全溶解得溶液b；
2)将co(nh2)2加入到溶液b中，co(nh2)2的加入量为步骤1)中bi(no3)3·5h2o加入量的15倍。搅拌至完全溶解得溶液c；
3)将溶液c转移到反应釜中，水热反应釜的填充度为80％，经180℃水热反应18h得到水热合成产物d；
4)将水热合成产物d经8000rpm离心分离，去离子水和乙醇洗涤，90℃烘干12h，研磨后得bi2o2co3；
5)将bi2o2co3于马弗炉中于450℃焙烧2h后研磨得介孔bi2o3，焙烧气氛为ar，气体流速为500sccm。
实施例4
一种水热-热分解法合成介孔bi2o3的方法，包括以下步骤：
1)将去离子水和聚乙二醇600按3.5:1的质量比混合得到溶液a，再向溶液a中加入bi(no3)3·5h2o，bi(no3)3·5h2o的加入量为聚乙二醇600加入量的1/7；搅拌至完全溶解得溶液b；
2)将co(nh2)2加入到溶液b中，co(nh2)2的加入量为步骤1)中bi(no3)3·5h2o加入量的12.5倍。搅拌至完全溶解得溶液c；
3)将溶液c转移到反应釜中，水热反应釜的填充度为77.5％，经175℃水热反应16h得到水热合成产物d；
4)将水热合成产物d经8000rpm离心分离，去离子水和乙醇洗涤，85℃烘干16h，研磨后得bi2o2co3；
5)将bi2o2co3于马弗炉中于450℃焙烧2h后研磨得介孔bi2o3，焙烧气氛为ar，气体流速为450sccm。
实施例5
一种水热-热分解法合成介孔bi2o3的方法，包括以下步骤：
1)将去离子水和聚乙二醇600按3.5:1的质量比混合得到溶液a，再向溶液a中加入bi(no3)3·5h2o，bi(no3)3·5h2o的加入量为聚乙二醇600加入量的1/4；搅拌至完全溶解得溶液b；
2)将co(nh2)2加入到溶液b中，co(nh2)2的加入量为步骤1)中bi(no3)3·5h2o加入量的14倍。搅拌至完全溶解得溶液c；
3)将溶液c转移到反应釜中，水热反应釜的填充度为80％，经180℃水热反应18h得到水热合成产物d；
4)将水热合成产物d经8000rpm离心分离，去离子水和乙醇洗涤，80℃烘干24h，研磨后得bi2o2co3；
5)将bi2o2co3于马弗炉中于450℃焙烧2h后研磨得介孔bi2o3，焙烧气氛为ar，气体流速为400sccm。
在介孔bi2o3用量为1.0g/l，2,4二硝基苯酚(dnp)浓度为30mg/l，在可见光照射下光催化反应60min，2,4二硝基苯酚降解率为81％，实验结果如图3所示，采用以上所述实验方案，均可获得具有较高光催化活性的介孔bi2o3，在上述条件范围之内，产品的纯度和性能不受影响。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。