一种贝塔氧化铋‑溴氧化铋的制备方法与流程

本发明涉及一种贝塔氧化铋-溴氧化铋的制备方法，应用于环境净化和新能源开发领域。

背景技术：

光催化反应是利用自然界存在的最为丰富的能源——太阳光进行物质转化的一种方式，是光和物质之间相互作用的多种方式之一。光催化技术对有机污染物的净化具有能耗低、净化条件温和、无二次污染等优点而倍受重视，是一种具有广阔应用前景的绿色环境治理技术。光催化技术的关键在于光催化剂。氧化铋有多种晶型，贝塔氧化铋为其中的一种，分子式为β-bi2o3。贝塔氧化铋在催化剂领域引起了颇多关注。目前单一组分贝塔氧化铋存在着一些问题，光生电子-空穴对分离效率低，光催化活性较低，从而导致其光催化活性难以达到满足实际需求。本发明利用化学法先制备贝塔氧化铋材料，再利用氢溴酸将部分贝塔氧化铋转换为溴氧化铋，制备了贝塔氧化铋-溴氧化铋材料，与贝塔氧化铋和溴氧化铋相比，贝塔氧化铋-溴氧化铋的可见光催化活性得到明显增强。本发明为开发低成本、高效率的贝塔氧化铋-溴氧化铋的材料增添了一种新方法。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服上述存在的缺陷而提供一种贝塔氧化铋-溴氧化铋的制备方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种贝塔氧化铋-溴氧化铋的制备方法，制备方法步骤如下：

(1)在常温下，通过玻璃容器将15mmol的bi(no3)3•5h2o溶解在浓度为1～3mol/l的hno3溶液中，然后再加入浓度为0.2～1mol/l柠檬酸形成混合溶液，在溶解过程中磁力搅拌，待上述化学物质完全溶解后，继续搅拌30～60min，其中hno3与柠檬酸的摩尔比为1：（1～2），然后用浓度为1～3mol/l的naoh溶液调节ph值，naoh溶液的滴加速度控制在0.5～2ml/min，通过逐步测试ph值直到混合溶液的ph＝7，生成溶液a；

(2)在常温下，通过玻璃容器将柠檬酸和na[al(oh)4]加入到去离子水中，使其配制浓度为0.2～1mol/l，柠檬酸和na[al(oh)4]的摩尔比为(3~5):1，同时磁力搅拌，待混合溶液完全溶解后，继续搅拌30～60min，生成溶液b；

(3)在常温下，通过新的玻璃容器将所述的溶液a滴入到所述的溶液b中，再用浓度为1～3mol/l的naoh溶液调整混合溶液的ph值，naoh溶液的滴加速度控制在0.5～2ml/min，通过逐步测试ph值直到混合溶液的ph＝7，然后继续搅拌30～60min，得到溶液c；

(4)在70～90ºc的加热温度下，将溶液c水浴6～12h，在水浴过程中采用电动搅拌器搅拌，转速控制为30～90rpm，得到前驱体d；

(5)在130～150ºc加热温度下，烘干前驱体d，烘干时间控制为6～12h，研磨后得到前驱体e；

(6)在常温下，将前驱体e用去离子水反复清洗五次，去除前驱体e中的na⁺和al³⁺，然后在80～120°c加热温度下，烘干12～24h得到前驱体f；

(7)将前驱体f浸渍在335～360°c加热温度下再煅烧3～6h，得到β-bi2o3粉末，将β-bi2o3粉末加入到30～50ml毫升水中，以60～100w的功率超声20～30min，然后将浓度为0.009～0.018mol/l的hbr溶液逐滴加入到溶液中，β-bi2o3与hbr的摩尔比1:(0~2)，通过磁力搅拌8～12h，沉淀离心后，用去离子水洗涤，最后在80～120°c加热温度下，干燥12～24h最终得到贝塔氧化铋-溴氧化铋。

附图说明：

附图1是本发明的贝塔氧化铋-溴氧化铋x射线衍射对比图谱。

附图2是本发明的贝塔氧化铋-溴氧化铋光催化去除苯酚图谱。

附图3是本发明的贝塔氧化铋-溴氧化铋光催化去除苯酚循环反应图谱。

有益效果：

1.本发明的结果是一种光催化剂，光催化技术的核心是光催化剂，直接利用太阳光降解和矿化水与空气中的各类污染物，并且能够实现光解水制氢，因此，光催化技术在环境净化和新能源开发方面具有广阔的发展前景。

本发明制备的贝塔氧化铋-溴氧化铋，从图1看出是本发明的贝塔氧化铋-溴氧化铋由贝塔氧化铋和溴氧化铋两相组成。通过在贝塔氧化铋中引入氢溴酸生成了贝塔氧化铋-溴氧化铋，从图2看出贝塔氧化铋的光催化去除苯酚能力强于溴氧化铋，而贝塔氧化铋-溴氧化铋则明显强于所有制备的样品，表现出很强的光催化活性，组成两相后光催化去除苯酚的能力得到明显提高。

本发明制备的贝塔氧化铋-溴氧化铋有效地抑制了光生电子与光生空穴的再复合，提高了光催化剂中光生电子和空穴的分离效率，降低了体系的电子-空穴对的再复合几率。

本发明从图3可以看出，6次光催化去除苯酚的实验中，贝塔氧化铋和贝塔氧化铋的去除率呈现逐渐下降的趋势，而贝塔氧化铋-溴氧化铋展现出高的催化去除苯酚的能力，在6次光催化循环中仍保持稳定，在光催化去除苯酚的循环反应过程中的稳定性也得到明显的改善。

具体实施方式：

实施例1：

(1)在常温下，通过玻璃容器将15mmol的bi(no3)3•5h2o溶解在浓度为1mol/l的hno3溶液中，然后再加入浓度为0.8mol/l柠檬酸形成混合溶液，在溶解过程中磁力搅拌，待上述化学物质完全溶解后，继续搅拌30min，其中hno3与柠檬酸的摩尔比为1：1.25，然后用浓度为1mol/l的naoh溶液调节ph值，naoh溶液的滴加速度控制在2ml/min，通过逐步测试ph值直到混合溶液的ph＝7，生成溶液a；

(2)在常温下，通过玻璃容器将柠檬酸和na[al(oh)4]加入到去离子水中，使其配制浓度为0.8mol/l，柠檬酸和na[al(oh)4]的摩尔比为3.2:1，同时磁力搅拌，待混合溶液完全溶解后，继续搅拌30min，生成溶液b；

(3)在常温下，通过新的玻璃容器将所述的溶液a滴入到所述的溶液b中，得到混合溶液c，再用浓度为1mol/l的naoh溶液调整混合溶液c的ph值，naoh溶液的滴加速度控制在2ml/min，通过逐步测试ph值直到混合溶液c的ph＝7，然后继续搅拌30min；

(4)在70ºc的加热温度下，将溶液c水浴12h，在水浴过程中采用电动搅拌器搅拌，转速控制为30rpm，得到前驱体d；

(5)在130ºc加热温度下，烘干前驱体d，烘干时间控制为12h，研磨后得到前驱体e；

(6)在常温下，将前驱体e用去离子水反复清洗五次，去除前驱体e中的na⁺和al³⁺，然后在100°c加热温度下，烘干14h得到前驱体f；

(7)将前驱体f浸渍在355～360°c加热温度下再煅烧3h，得到β-bi2o3粉末，将β-bi2o3粉末加入到30ml毫升水中，以60w的功率超声20min，然后将浓度为0.009mol/l^-1的hbr溶液逐滴加入到溶液中，β-bi2o3与hbr的摩尔比1:0.7，通过磁力搅拌8h，沉淀离心后，用去离子水洗涤，最后在80°c加热温度下，干燥24h最终得到贝塔氧化铋-溴氧化铋。

实施例2：

(1)在常温下，通过玻璃容器将15mmol的bi(no3)3•5h2o溶解在浓度为1.5mol/l的hno3溶液中，然后再加入浓度为1mol/l柠檬酸形成混合溶液，在溶解过程中磁力搅拌，待上述化学物质完全溶解后，继续搅拌30min，其中hno3与柠檬酸的摩尔比为1：1.5，然后用浓度为1.5mol/l的naoh溶液调节ph值，naoh溶液的滴加速度控制在1.5ml/min，通过逐步测试ph值直到混合溶液的ph＝7，生成溶液a；

(2)在常温下，通过玻璃容器将柠檬酸和na[al(oh)4]加入到去离子水中，使其配制浓度为1mol/l，柠檬酸和na[al(oh)4]的摩尔比为3.5:1，同时磁力搅拌，待混合溶液完全溶解后，继续搅拌30min，生成溶液b；

(3)在常温下，通过新的玻璃容器将所述的溶液a滴入到所述的溶液b中，得到混合溶液c，再用浓度为1.5mol/l的naoh溶液调整混合溶液c的ph值，naoh溶液的滴加速度控制在1.5ml/min，通过逐步测试直到混合溶液c的ph＝7，然后继续搅拌30min；

(4)在70ºc的加热温度下，将溶液c水浴12h，在水浴过程中采用电动搅拌器搅拌，转速控制为50rpm，得到前驱体d；

(5)在130ºc加热温度下，烘干前驱体d，烘干时间控制为12h，研磨后得到前驱体e；

(6)在常温下，将前驱体e用去离子水反复清洗五次，去除前驱体e中的na⁺和al³⁺，然后在100°c加热温度下，烘干14h得到前驱体f；

(7)将前驱体f浸渍在355°c加热温度下再煅烧3h，得到β-bi2o3粉末，将β-bi2o3粉末加入到30ml毫升水中，以60w的功率超声25min，然后将浓度为0.012mol/l^-1的hbr溶液逐滴加入到溶液中，β-bi2o3与hbr的摩尔比1:0.3，通过磁力搅拌8h，沉淀离心后，用去离子水洗涤，最后在80°c加热温度下，干燥24h最终得到贝塔氧化铋-溴氧化铋。

实施例3：

利用本实施例1所制备的贝塔氧化铋-溴氧化铋光催化剂光催化降解浓度为15mg/l的苯酚溶液，在500w模拟太阳光下，贝塔氧化铋在反应210min后，达到34％，溴氧化铋在反应120min后，达到21％，而贝塔氧化铋-溴氧化铋在反应210min后，达到97％，远优于贝塔氧化铋和溴氧化铋的催化活性，这是因为贝塔氧化铋与溴氧化铋复合提高载流子的分离速率，极大促进光催化反应的进行。

尽管上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。