一种碳酸氧铋纳米带的制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于功能材料领域，具体涉及一种碳酸氧祕纳米带的制备方法。
【背景技术】
[0002]利用光催化技术进行污水处理，能有效降解有机物，还原重金属离子。且该技术所需能耗低、操作简便、反应条件温和、没有二次污染。因此，光催化是一种很有前景的环境治理技术。碳酸氧铋(Bi2O2CO3)又称碱式碳酸铋、次碳酸铋。Bi2O2CO3的晶体结构是由(Bi2O2)2+层和⑶32—层交错排列而成，属于典型的“sillen”结构。(Bi2O2)2+层和⑶32—层交替共生形成的内静电场，有利于促进光生电子与空穴分离。因此，从结构方面分析，Bi2O2CO3作为光催化剂具有巨大的潜在价值。
[0003]光催化材料的性能与其微观形貌间有着紧密的联系，不同形貌的纳米结构由于其不同的比表面积，对光催化活性具有较大的影响。研究表明，纳米带既具有纳米材料的高比表面值，又具有较薄的厚度和较大的表面张力，同时还在一个维度上具有宏观的微米尺寸。这样的结构特点有利于电子和空穴的迀移和分离，也有利于光催化剂从降解液中分离回收。因此，制备Bi2O2CO3纳米带有着非常重要的理论与现实意义。
[0004]近年来，Bi2O2⑶3作为一种新型光催化剂，其形貌控制制备得到了关注。目前，Bi2O2CO3的制备方法主要有水热法、溶剂热法，利用尿素或者Na2CO3作为CO2源，引入柠檬酸配合调节PH值、或者添加表面活性剂或有机聚合物来实现形貌控制合成，得到了片状、分级超结构如花状、海绵状的结构。尚未见到有Bi2O2CO3纳米带结构的报道，也未见到无需额外弓丨入含CO2试剂和形貌控制添加剂(表面活性剂、有机聚合物)，且直接利用溶剂来同时实现物相和形貌控制的简单溶剂热法制备Bi2O2CO3纳米带的报道。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种碳酸氧铋(Bi2O2CO3)纳米带的制备方法，溶剂热一次合成，无需高温煅烧，具有工艺简单、效率高、能耗低、成本低廉、环境友好的特点，合成的粉体纯度高、结晶度高、形貌规则。
[0006]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]—种碳酸氧铋纳米带的制备方法，包括以下步骤:
[0008]I)将乙醇胺和去离子水按体积比乙醇胺:去离子水=(0.6-1.7):1的比例混合，磁力搅拌后得到混合溶液；
[0009]2)将Bi(NO3)3.5H20加入到所述混合溶液中，进行磁力搅拌和超声处理，得到白色悬浊液，即为水热反应前驱液，所述前驱液中的Bi(NO3)3的浓度为0.05-0.15mol/L；
[0010]3)将所述水热反应前驱液转入水热反应釜中，于120-140°c下保温15-20小时后停止反应；
[0011]4)待反应温度降至室温后，将水热反应釜取出，离心分离出反应得到的白色沉淀物，对沉淀物进行洗涤、干燥，即得到碳酸氧铋纳米带。
[0012]优选方案:所述步骤I)中的乙醇胺和去离子水的体积比为(0.8-1.5):1，磁力搅拌时间为5-1 Omin。
[0013]优选方案:所述步骤2)中磁力搅拌时间为20-30min，超声处理时间为10-15min。
[0014]优选方案，所述步骤2)中前驱液中的Bi(NO3)3的浓度为0.lmol/L。
[0015]优选方案，所述步骤3)中水热反应釜内衬为聚四氟乙烯材质，水热反应釜填充比为 60%-80 %。
[0016]优选方案，所述步骤4)中的洗涤用去离子水和无水乙醇将白色沉淀物洗涤至中性，所述的干燥为在70°C_80°C下干燥10-20h。
[0017]本发明所制得的Bi2O2CO3纳米带的晶型与卡片JCrosN0.84-1752相符，所述碳酸氧铋纳米带的宽度为100-400nm，长度为10-20μπι，厚度为20-30nmo
[0018]下面对本发明做进一步的解释和说明:
[0019]通过本发明的方法，发明人首次通过简单溶剂热法制备出了Bi2O2CO3纳米带。能否实现本发明，本发明的反应条件至关重要。
[0020]乙醇胺是生成Bi2O2CO3物相的关键因素。乙醇胺是一种有机碱，同时能吸附空气中的C02，因此将其按一定比例与H2O混合配成弱碱性溶液并在大气环境下搅拌一段时间后，溶液中就既含有0H—，又含有⑶32—Ai(NO3)3溶于该溶液后，Bi3+与0H—和C032—作用，高温高压下生成Bi2O2CO3晶体。如果将乙醇胺替换成其它的有机溶剂，不会生成Bi2O2CO3或者难于获得纯的Bi2O2CO3物相。比如替换成乙二醇，由于乙二醇对⑶2没有吸附作用，溶剂热后生成的产品是Bi2O3而非Bi2O2CO3;又如替换成乙二胺，尽管乙二胺对大气中的CO2也有吸附作用，但由于乙二胺碱性太强，最终溶剂热得到的是Bi2O3和Bi2O2CO3的混合物相。
[0021 ]乙醇胺和水的配比既对产品的物相有关键影响，又对产品的形貌有关键影响。如果乙醇胺和水的配比大于1.7，产品中会出现杂相。如果乙醇胺和水的配比小于0.6，产品虽为纯的Bi2O2CO3，但其形貌为板条状而非纳米带。只有控制乙醇胺和水的配比在0.6-1.7的区间，优选在0.8-1.5的区间内，才可能获得纯的Bi2O2CO3纳米带。
[0022]与现有技术相比，本发明具有以下有益结果:
[0023]本发明提供的Bi2O2CO3纳米带的制备方法，以Bi(NO3)3.5H20为原料，将Bi(NO3)3.5H20加入到乙醇胺和水的混合溶液中，进行磁力搅拌和超声处理。将所得白色悬浊液转入水热反应釜中进行反应，待反应完成后，冷却，取出反应釜中的白色沉淀物，洗涤、干燥，即得到Bi2O2CO3纳米带。
[0024]该方法无需额外引入含CO2试剂和形貌控制添加剂(表面活性剂、有机聚合物)，而是直接利用溶剂来同时实现物相和形貌控制。具有装置简单、低温(120-140°C)、环保(合成反应在密闭体系中进行)等特点。溶剂热一次合成粉体，无需高温煅烧，且合成的粉体纯度高、结晶度高、形貌规则，是一种工艺简单、效率高、能耗低、成本低廉的环境友好型的制备方法。
【附图说明】
[0025]图1是本发明实施例1制备的Bi2O2CO3纳米带的XRD图
[0026]图2是本发明实施例1制备的Bi2O2CO3纳米带的SEM图
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图通过具体实施例对本发明的方法进行说明，但本发明并不局限于此，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0028]下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法;所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
[0029]本发明中使用的反应物Bi(NO3)3.5H20、乙醇胺等均为市售分析纯。
[0030]实施例1
[0031 ] 步骤I:将乙醇胺和去离子水按体积比0.8:1混合，磁力搅拌7min后得到混合溶液；
[0032]步骤2:将Bi(NO