Bi24B2O39光催化材料的制备方法与流程

本发明属于光催化材料领域，尤其涉及一种bi24b2o39光催化材料的制备方法。

背景技术

光催化材料是指通过该材料、在光的作用下发生的光化学反应所需的一类半导体催化剂材料，世界上能作为光催化材料的有很多，包括二氧化钛、氧化锌、氧化锡、二氧化锆、硫化镉等多种氧化物硫化物半导体，其中二氧化钛(titaniumdioxide)因其氧化能力强，化学性质稳定无毒，成为世界上最当红的纳米光触媒材料。

为了更好地解决能源短缺和日益恶化的环境问题，自然能源的开发利用以及环境污染的有效控制与治理已成为各国政府面临和亟待解决的重大问题。半导体光催化材料以其可直接利用太阳能作为光源，并且反应条件温和、无二次污染、成本低廉、深度氧化等优点，是未来清洁能源生产和环境污染治理的理想途径之一。自1972年日本科学家fujishima等首次报道tio2在紫外光照下可以光解水后，新型高效光催化剂的探索研发引起了各国科学家的广泛关注，并开展了一系列系统地深入研究。现已开发出大量的光催化剂，其中一些已被用于商业化的空气净化器，自清洁材料和抗菌材料等。尽管如此，光催化效率仍不能满足重要应用的要求，其原因主要是目前光催化材料的量子效率较低，从而限制了其广泛的应用。因此，提高现有光催化材料的光催化活性、探索新型高效光催化材料并阐明其光催化反应机理是光催化技术再次突破的关键，对推动高性能光催化剂的发展和应用具有重要的理论和现实意义。

技术实现要素：

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种bi24b2o39光催化材料的制备方法，包括：s1将适量柠檬酸铋(c6h5bio7)和氧化锌(zno)混合后用氨水溶解,得到溶液a；s2将适量硼酸(h3bo3)溶液或三氧化二硼(b2o3)和溶液a混合得到混合液b；s3将适量pvp放入混合液b中得到混合液c，将混合液c调节到弱碱性；s4将混合液c均匀加热一段时间，取出待冷却至室温后清洗得到粉体，干燥后，保持590℃-610℃加热一段时间得到bi24b2o39粉末。

可以理解的是,干燥后,保持590℃-610℃加热一段时间得到bi24b2o39粉末,这个温度加热的目的是去除体系中残存的有机物,并使水热生成的粉体晶化,提高其结晶度。

进一步的，柠檬酸铋(c6h5bio7)、氧化锌(zno)和硼酸的摩尔比为2:1:2。

可以理解的是,硼酸可以用三氧化二硼(b2o3)替代,若使用三氧化二硼(b2o3),则柠檬酸铋(c6h5bio7)、氧化锌(zno)和三氧化二硼(b2o3)的摩尔比为2:1:1。

可以理解的是,柠檬酸铋与硼酸的摩尔比为1：1，偏离比例会生成其他化合物，后加入氧化锌的比例上述柠檬酸铋的0.5倍，如果增多，会在产物中引入锌离子，生成锌盐化合物，太少起不到抑制铋离子水解的作用。

进一步的，硼酸或三氧化二硼(b2o3)的摩尔量较柠檬酸铋(c6h5bio7)摩尔量高出至少10％。

进一步的，高出10％的硼酸为反应过程中硼酸的挥发量。

可以理解的是,多加10％的硼酸是为了拟补制作过程中硼挥发所引起的损失，保证bi24b2o39粉体的纯度，避免其他杂质化合物的生成。

进一步的，能用氨水调节混合液c的ph值。

进一步的，氨水的使用不会在反应过程中引入其他杂质离子。

可以理解的是，氨水可以防止引入杂质。

一种使用上述制备方法进行生产的设备，其特征在于，包括：

混合室，所述混合室内形成有内腔，所述混合室包括至少一个进料口，所述进料口设于所述混合室的上部，所述进料口与所述内腔连通，所述混合室内设有搅拌器，所述搅拌器设于所述内腔底部，所述混合室还设有加热器；

反应室，所述反应室形成有具有开口的内腔，所述反应室底部设有放料孔，所述放料孔与所述内腔连通，所述反应室还包括盖体，所述盖体用于密封所述内腔。

进一步的，搅拌器能够是桨式、锚式、框式、螺旋式。

本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：

1本发明采用柠檬酸铋作为反应原料，首先其能够给反应提供所需要的铋源；其次，一般铋盐的水解现象很严重，会在水中水解成碱式盐沉淀(氢氧化铋)，而本反应产物的制备需要在碱性条件下，会使铋盐水解成碱式盐沉淀(氢氧化铋)，因此选用柠檬酸铋，其加入到氨水中后，柠檬酸根的存在会抑制这种碱式盐沉淀的生成，为后续反应的顺利进行提供保障。

2本发明中bi³⁺很容易会在水中水解成碱式盐沉淀(氢氧化铋)，为了进一步抑制碱式盐沉淀的生成，加入了氧化锌，锌离子的加入能够有效地抑制bi³⁺发生水解。

3本发明中采用氨水，首先,用于溶解氧化锌和柠檬酸铋，并且为反应提供弱碱性环境。其次,本发明所需的ph范围为7.5-8.5，偏酸性环境不能生成bi24b2o39粉体，ph过大会产生铋碱式盐沉淀；并且氨水的使用不会在反应过程中引入其他杂质离子。

4本发明采用硼酸或三氧化二硼(b2o3)，能够为反应提供硼源。

5本发明采用pvp作为表面活性剂，可提供bi24b2o39粉体生长的场所，有利于纯相bi24b2o39粉体的生成,不加入pvp所生成的bi24b2o39粉体夹杂其他杂质(其他化合物伴随生成)，加入pvp后所生成的粉体纯度高；但也不能加入量太大，过量后不再生成bi24b2o39粉体。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；

图1为本发明的混合室的立体结构图；

图2为本发明的混合室的立体结构图；

图3为本发明的反应室的立体结构图；

图4为本发明的bi24b2o39粉体的xrd图和bi24b2o39的标准图谱(pdf#29-0227)；

图5为bi24b2o39粉体比表面积(5m²/g)的扫描电镜图；

图6为罗丹明b的降解前和降解30min后的对比图；

图中：1、混合室；2、第一内腔；3、进料口；4、搅拌器；5、加热器；6、反应室；7、第二内腔；8、放料孔；9、盖体。

具体实施方式

现在结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

以下结合具体实施方式对本发明的实现进行详细的描述。

实施例1，一种bi24b2o39光催化材料的制备方法，s1将适量柠檬酸铋(c6h5bio7)和氧化锌(zno)混合后用氨水溶解,得到溶液a；s2将适量硼酸(h3bo3)溶液和溶液a混合得到混合液b；s3将适量pvp放入混合液b中得到混合液c，将混合液c调节到弱碱性；s4将混合液c均匀加热一段时间，取出待冷却至室温后清洗得到粉体，干燥后，保持590℃-610℃加热一段时间得到bi24b2o39粉末。

将2mol的柠檬酸铋(c6h5bio7)和2mol氧化锌(zno)，混合后用4ml氨水溶解,得到溶液a；将2.2mol的硼酸(h3bo3)用5ml水加热溶解，放入溶液a中，搅拌10min，得到混合液b；将0.35gpvp用5ml水溶解，放入混合液b中，然后加入氨水调混合液b的ph,使混合液b的ph在7-14，保持60℃加热继续搅拌30min，得到混合液c；将混合液c转移到50ml水热釜中，170℃加热10h，取出待冷却至室温后，用去离子水和无水乙醇多次清洗，离心得到粉体，于干燥箱中70℃干燥6h，然后放入马弗炉中590℃加热10h，最后得到产物bi24b2o39粉末。

实施例2，一种bi24b2o39光催化材料的制备方法，s1将适量柠檬酸铋(c6h5bio7)和氧化锌(zno)混合后用氨水溶解,得到溶液a；s2将适量硼酸(h3bo3)溶液和溶液a混合得到混合液b；s3将适量pvp放入混合液b中得到混合液c，将混合液c调节到弱碱性；s4将混合液c均匀加热一段时间，取出待冷却至室温后清洗得到粉体，干燥后，保持590℃-610℃加热一段时间得到bi24b2o39粉末。

将2mol的柠檬酸铋(c6h5bio7)和1mol氧化锌(zno)，混合后用4ml氨水和1ml去离子水溶解,得到溶液a；将2.2mol的硼酸(h3bo3)用10ml水加热溶解，放入溶液a中，搅拌10min，得到混合液b；将0.3gpvp用5ml水溶解，放入混合液b中，然后加入氨水调混合液b的ph为10，保持60℃加热继续搅拌30min，得到混合液c；将混合液c转移到50ml水热釜中，180℃加热12h，取出待冷却至室温后，用去离子水和无水乙醇多次清洗，离心得到粉体，于干燥箱中80℃干燥6h，然后放入马弗炉中600℃加热12h，最后得到产物bi24b2o39粉末。

如图1、图2和图3所示，将适量的柠檬酸铋(c6h5bio7)和氧化锌(zno)，混合后放入混合室1的第一内腔2，然后用氨水溶解,得到溶液a；

将适量的硼酸(h3bo3)放入第一内腔2，使用搅拌器4搅拌10min，得到混合液b；

将适量pvp用水溶解，放入第一内腔2中，然后加入氨水调混合液b的ph为10，通过加热器5加热保持60℃继续使用搅拌器4搅拌30min，得到混合液c；将混合液c转移到反应室6中，在160℃-200℃下加热12h，取出待冷却至室温后，用去离子水和无水乙醇多次清洗，离心得到粉体，于干燥箱中70℃-90℃干燥6h，然后放入马弗炉中590℃-610℃加热12h，最后得到产物bi24b2o39粉末。

可以理解的是，称取0.05g在bi24b2o39粉体放入到15ml罗丹明b溶液中，在500w汞灯下光照30min中后罗丹明b降解完全，从图6中可知，30min后，降解后的色深明显浅于降解前的色深，如图5，在bi24b2o39粉体比表面积(5m²/g)远小于工业用tio2p25(比表面积为60m²/g)的情况下，光催化效果只稍弱于p25tio2，p25tio2在相同实验条件下光照25min中后罗丹明b降解完全。也就是说，采用这种方法制备的bi24b2o39粉体具有较好的光催化效果。

以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。