C₆₀/Bi₂TiO₄F₂复合光催化剂的制备方法

专利名称：C₆₀/Bi₂TiO₄F₂复合光催化剂的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种光催化剂的制备方法，具体为C6cZBi2TiO4F2复合光催化剂的制备方法。属于光催化剂技术领域。
背景技术：
TiO2由于廉价、无毒、稳定等优点被广泛地用作光催化剂。但是受Ti02禁带宽度的限制(3. 2eV)，它仅可以吸收紫外光(占太阳光的4%)。为了提高对太阳光的利用，近年来开发新型可见光光催化剂的研究越来越多，如合成BiVO4, BiWO6, Ag3PO4, SrTiO3, Sm2Ti2S2O5和Bi5O7I3等非钛类的可见光催化剂逐渐成为研究热点。目前Bi2TiO4F2的合成主要是通过高温固相反应，在高温下形成没有规则形貌的Bi2TiO4F2，其粒子堆积严重，比表面积极其小，且晶相不纯，含少量的BiOF和TiO2杂质等因·素导致可见光活性低。本项研究工作通过溶剂热法，合成了具有多级结构钙钛矿型可见光催化剂Bi2TiO4F2微米球过程中原位加入C6tl合成C6tZBi2TiO4F2复合光催化剂。C60是η-型能隙半导体，吸收可见光，具有较高的电子迁移率，有利于电子传输。同时C6tl由于具有独特的电子结构，较小的电子转移重组能和强的亲和性等而成为重要的电子受体。C6tZBi2TiO4F2复合光催化剂，C6tl作为电子受体有利于电子-空穴的分离，为进一步提高光催化效率提供新工艺新材料。

发明内容
本发明的目的是为了提供一种简单易行、产率高的C6tZBi2TiO4F2复合光催化剂的制备方法，以解决现有技术的上述问题。本发明的高活性C6tZBi2TiO4F2复合光催化剂，采用叔丁醇和乙二醇双醇体系作为溶剂，采用四氟化钛为钛源，Bi(NO3)3 · 5Η20为铋前躯体用水热一步法制得。C6cZBi2TiO4F2复合光催化剂中C6tl作为电子受体能有效地分离电子和空穴，从而提高光催化活性。所以该催化剂能快速高效降解染料废水，并以罗丹明B，MO染料作为模拟污染物有着较好效果。所述的C6tZBi2TiO4F2复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤I) 一定质量的钛源溶于醇液Α，搅拌4h，制得钛源溶液；同时将O. 624g的Bi (NO3) 3 · 5H20,溶于醇液B中;搅拌4h，制得铋源溶液；2)然后将钛源溶液缓缓地加入到Bi(NO3)3 · 5H20溶液中，然后加入不同体积的2mg/mL的C60甲苯溶液，使C60与Bi2TiO4F2的质量比分别为0. 5%、1%、2%、5% ;持续搅拌30min后置入50mL水热釜，在100-200°C条件下保持6_72h后自然冷却至室温；3)经离心，并用去离子水和乙醇各洗涤三次后，在80°C下真空干燥12h得到C60/Bi2TiO4F2复合光催化剂。所述的钛源和Bi (NO3) 3 · 5H20的质量比为1:2。所述的钛源为硫酸氧钛、钛酸四丁酯、异丙醇钛、四氯化钛、四氟化钛中的一种；其中，优选四氟化钛。
所述的醇液A和醇液B为乙醇、丙三醇、异丙醇、叔丁醇和乙二醇中相同的一种或不同的两种；其中，优选醇液A为叔丁醇，醇液B为乙二醇。所述的叔丁醇和乙二醇的体积分别为10_35mL和O-lOmL。所述的光催化剂性能测试是在液相中完成的，模拟污染物为RhB水溶液。本发明制备的产品通过以下手段进行结构表征采用在日本理学Rigaku D/Max-RB型X射线衍射仪上测量的X射线衍射进行样品的结构分析；采用QuantaChromeNova 4000e型自动物理吸附仪测定样品的比表面积和孔结构；采用日本JEOL JSM-6380LV型扫描电镜获得的扫描电镜照片。本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出效果本发明所使用的化学试剂均为常用试剂、廉价易得，方法工艺简单，通过改变C6tl的含量达到复合催化剂活性最高。同时，在120min，C60含量为1%时C6(l/Bi2Ti04F2复合光催化剂在可见光降解浓度RhB比Bi2TiO4F2 的提高约 30%。


图I为所制得的不同C6tZBi2TiO4F2复合光催化剂的XRD图谱；图2为所制得的不同C6tZBi2TiO4F2复合光催化剂样品的UV-Vis吸收光谱图；图3为所制得的不同C6tZBi2TiO4F2复合光催化剂高分辨扫描电图；图4为所制得的不同C6tZBi2TiO4F2复合光催化剂样品的透射电镜图；图5为制得不同C6tZBi2TiO4F2复合光催化剂样品对染料废水降解进程图。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明是如何实现的做进一步详细、清楚、完整地说明，所列实施例仅对本发明予以进一步的说明，并不因此而限制本发明实施例IO. ImL硫酸氧钛溶于20mL叔丁醇，同时加入O. 624g的Bi (NO3) 3 ·5Η20，溶于5mL乙二醇中，两溶液分别搅拌4h。然后将硫酸氧钛溶液缓缓地加入到Bi (NO3) 3 ·5Η20溶液中，然然后加入不同体积的2mg/mL的C6tl甲苯溶液，使C6tl与Bi2TiO4F2的质量比为0. 5%、1%、2%、5% ;持续搅拌30min后加入一定量的HF4,置入50mL水热爸，在100-200°C条件下保持6_72h后自然冷却至室温。经离心和去离子水和乙醇各洗涤三次后，在80°C下真空干燥12h得到所需样品。实施例2O. ImL钛酸四丁酯溶于20mL叔丁醇，同时加入O. 624g的Bi (NO3) 3 ·5Η20，溶于IOmL乙二醇中，两溶液分别搅拌4h。然后将钛酸四丁酯溶液缓缓地加入到Bi (NO3)3 · 5H20溶液中，然后加入不同体积的2mg/mL的C6tl甲苯溶液，使C6tl与Bi2TiO4F2的质量比为0. 5%、1%、2%、5% ;持续搅拌30min后加入一定量的HF4,置入50mL水热釜，在100-20(TC条件下保持6-72h后自然冷却至室温。经离心和去离子水和乙醇各洗涤三次后，在80°C下真空干燥12h得到所需样品。实施例3O. ImL异丙醇钛溶于20mL叔丁醇，同时加入O. 624g的Bi (NO3) 3 · 5H20,溶于IOmL乙二醇中，两溶液分别搅拌4h。然后将异丙醇钛溶液缓缓地加入到Bi (NO3) 3 ·5Η20溶液中，然后加入不同体积的2mg/mL的C6tl甲苯溶液，使C6tl与Bi2TiO4F2的质量比为0. 5%、1%、2%、5% ;持续搅拌30min后加入一定量的HF4,置入50mL水热爸，在100-200°C条件下保持6_72h后自然冷却至室温。经离心和去离子水和乙醇各洗涤三次后，在80°C下真空干燥12h得到所需样品。实施例4O. ImL四氯化钛溶于20mL叔丁醇，同时加入O. 624g的Bi (NO3) 3 ·5Η20，溶于5mL乙二醇中，两溶液分别搅拌4h。然后将四氯化钛溶液缓缓地加入到Bi (NO3) 3 ·5Η20溶液中，然后加入不同体积的2mg/mL的C6tl甲苯溶液，使C6tl与Bi2TiO4F2的质量比为0. 5%、1%、2%、5% ；持续搅拌30min后加入一定量的HF4，置入50mL水热釜，在100-20(TC条件下保持6_72h后自然冷却至室温。经离心和去离子水和乙醇各洗涤三次后，在80°C下真空干燥12h得到所需样品。实施例5·O. 08g四氟化钛溶于20mL叔丁醇，同时加入O. 624g的Bi (NO3)3 · 5H20,溶于5mL乙二醇中，两溶液分别搅拌4h。然后将四氟化钛溶液缓缓地加入到Bi (NO3)3 ·5Η20溶液中，然后加入不同体积的2mg/mL的C6tl甲苯溶液，使C6tl与Bi2TiO4F2的质量比为0. 5%、1%、2%、5% ;持续搅拌30min后置入50mL水热釜，在100-20(TC条件下保持6_72h后自然冷却至室温。经离心和去离子水和乙醇各洗涤三次后，在80°C下真空干燥12h得到所需样品。实施例6O. 08g四氟化钛溶于20mL叔丁醇，加入O. 624g的Bi (NO3) 3 · 5H20,溶于5mL丙三醇中，两溶液分别搅拌4h。然后将钛源溶液缓缓地加入到Bi (NO3) 3 ·5Η20溶液中，然后加入不同体积的2mg/mL的C60甲苯溶液，使C60与Bi2TiO4F2的质量比为0. 5%、1%、2%、5% ;持续搅拌30min后置入50mL水热釜，在100-20(TC条件下保持6_72h后自然冷却至室温。经离心和去离子水和乙醇各洗涤三次后，在80°C下真空干燥12h得到所需样品。实施例7O. 08g四氟化钛溶于20mL乙醇，同时加入O. 624gBi (NO3)3 · 5H20，溶于IOmL丙三醇中，两溶液分别搅拌4h。然后将钛源溶液缓缓地加入到Bi (NO3) 3 ·5Η20溶液中，然后加入不同体积的2mg/mL的C60甲苯溶液，使C60与Bi2TiO4F2的质量比为0. 5%、1%、2%、5% ;持续搅拌30min后置入50mL水热釜，在100-20(TC条件下保持6_72h后自然冷却至室温。经离心和去离子水和乙醇各洗涤三次后，在80°C下真空干燥12h得到所需样品。实施例8O. 08g四氟化钛溶于20mL异丙醇，同时加入O. 624g的Bi (NO3) 3 ·5Η20，溶于5mL丙三醇中，两溶液分别搅拌4h。然后将钛源溶液缓缓地加入到Bi (NO3) 3 ·5Η20溶液中，然后加入不同体积的2mg/mL的C60甲苯溶液，使C60与Bi2TiO4F2的质量比为0. 5%、1%、2%、5% ;持续搅拌30min后置入50mL水热釜，在100-20(TC条件下保持6_72h后自然冷却至室温。经离心和去离子水和乙醇各洗涤三次后，在80°C下真空干燥12h得到所需样品。实施例9O. 08g的四氟化钛溶于20mL叔丁醇，同时加入O. 624g的Bi (NO3) 3 ·5Η20，溶于5mL乙二醇中，两溶液分别搅拌4h。然后将钛源溶液缓缓地加入到Bi (NO3) 3 ·5Η20溶液中，然后加入不同体积的2mg/mL的C6tl甲苯溶液，使C6tl与Bi2TiO4F2的质量比为0. 5%、1%、2%、5% ;持续搅拌30min后置入50mL水热釜，在100-20(TC条件下保持6_72h后自然冷却至室温。经离心和去离子水和乙醇各洗涤三次后，在80°C下真空干燥12h得到所需样品。实施例10O. 08g四氟化钛溶于20mL乙醇，同时加入O. 624gBi (NO3) 3 ·5Η20，溶于5乙二醇中，两溶液分别搅拌4h。然后将钛源溶液缓缓地加入到Bi(NO3)3 · 5H20溶液中，然后加入不同体积的2mg/mL的C60甲苯溶液，使C60与Bi2TiO4F2的质量比为0. 5%、1%、2%、5% ;持续搅拌30min后置入50mL水热釜，在100-20(TC条件下保持6_72h后自然冷却至室温。经离心和去离子水和乙醇各洗涤三次后，在80°C下真空干燥12h得到所需样品。从图I可以看出，样品中均为Bi2TiO4F2晶型，随着C6tl含量的增加，没有出现C6tl的峰，可能是因为C6tl分布的均匀。 从图2可以看出，随着随着C6tl含量的增加，Bi2TiO4F2在可见光区的吸收增强。从图3可以看出，随着随着C6tl含量的增加Bi2TiO4F2的形貌保持较好，均为花片堆积成的微米球。从图4可以看出，花片的表面负载了 C6tl的颗粒。从图5可以看出，随着C6tl的增加，活性现增加后降低，其中当C6tl含量为1%时活性最好。
权利要求
1.C6cZBi2TiO4F2复合光催化剂的制备方法，其特征如下其步骤为 1)一定质量的钛源溶于醇液A，搅拌4h，制得钛源溶液；同时将O. 624g的Bi (NO3) 3 · 5H20,溶于醇液B中;搅拌4h，制得铋源溶液； 2)然后将钛源溶液缓缓地加入到Bi(NO3)3 · 5H20溶液中，然后加入不同体积的2mg/mL的C6tl甲苯溶液，使C6tl与Bi2TiO4F2的质量比分别为0. 5%、1%、2%、5% ;持续搅拌30min后置入50mL水热釜，在100-200°C条件下保持6_72h后自然冷却至室温； 3)经离心，并用去离子水和乙醇各洗涤三次后，在80°C下真空干燥12h得到C6tl/Bi2TiO4F2复合光催化剂。
2.根据权利要求I所述的C6tZBi2TiO4F2复合光催化剂的制备方法，其特征如下所述的钛源和Bi (NO3) 3 · 5H20的质量比为1:2。
3.根据权利要求I所述的C6tZBi2TiO4F2复合光催化剂的制备方法，其特征如下所述的钛源为硫酸氧钛、钛酸四丁酯、异丙醇钛、四氯化钛、四氟化钛中的一种。
4.根据权利要求3所述的C6tZBi2TiO4F2复合光催化剂的制备方法，其特征如下所述的钛源为四氟化钛。
5.根据权利要求I所述的C6tZBi2TiO4F2复合光催化剂的制备方法，其特征如下所述的醇液A和醇液B为乙醇、丙三醇、异丙醇、叔丁醇和乙二醇中相同的一种或不同的两种。
6.根据权利要求5所述的C6tZBi2TiO4F2复合光催化剂的制备方法，其特征如下所述的醇液A为叔丁醇和醇液B为乙二醇。
7.根据权利要求6所述的C6tZBi2TiO4F2复合光催化剂的制备方法，其特征如下所述的叔丁醇和乙二醇的体积分别为10-35mL和0-10mL。
全文摘要
本发明公开了一种C60/Bi2TiO4F2复合光催化剂的制备方法，其步骤为一定质量的钛源溶于醇液A，搅拌4h，制得钛源溶液；同时将0.624g的Bi(NO3)3·5H2O，溶于醇液B中；搅拌4h，制得铋源溶液；然后将钛源溶液缓缓地加入到Bi(NO3)3·5H2O溶液中，然后加入不同体积的2mg/mL的C60甲苯溶液，使C60与Bi2TiO4F2的质量比分别为0.5%、1%、2%、5%；持续搅拌30min后置入50mL水热釜，在100-200℃条件下保持6-72h后自然冷却至室温；经离心，并用去离子水和乙醇各洗涤三次后，在80℃下真空干燥12h得到C60/Bi2TiO4F2复合光催化剂。其有益效果为所使用的化学试剂均为常用试剂、廉价易得，方法工艺简单。
文档编号B01J27/135GK102941106SQ201210480839
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月22日 优先权日2012年11月22日
发明者李贵生, 蒋波, 徐鹏鹏, 张蝶青, 李和兴 申请人:上海师范大学