一种微米棒分级结构Bi4Ti3O12催化剂的制备方法与流程

本发明涉及催化剂制备技术领域，具体涉及一种微米棒分级结构bi4ti3o12催化剂的制备方法。

背景技术：

近年来，化学工业和现代科技的快速发展，为人类社会带来巨大进步的同时也伴随着很多威胁。其中水污染是最为严重的，尤其是工业废水中的污染物含有大量致癌物质，不经处理直接排放会对人类健康和环境造成很大危害。半导体光催化技术以太阳能为动力源，可有效降解废水中有机污染物。影响其光催化性能的因素有催化剂材料的形貌、不同光源辐照、材料本身等。其中，材料本身的形貌特征如尺寸大小会影响其比表面积的大小，而光催化反应过程是发生在半导体材料的表面，显然，比表面积会直接影响对污染物的吸附能力。所以，制备出拥有较多较大比表面积的半导体催化剂是具有重要意义的。

bi4ti3o12是一类含铋层状钙钛矿衍生结构化合物，具有良好的光催化性能，但它的带隙较大，对可见光的响应不理想，这就会对光催化性能有一定的限制。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种微米棒分级结构bi4ti3o12催化剂的制备方法，可以制备出具有良好光催化性能的钛酸铋纳米粉体。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种微米棒分级结构bi4ti3o12催化剂的制备方法，包括如下步骤：

s1、将4mmolbi(no3)3·5h2o溶于20ml去离子水中，磁力搅拌，得到溶液a；

s2、在溶液a中滴加3mmol钛酸四丁酯，得到溶液b；

s3、配置40ml3mol/l的naoh溶液，记为溶液c；

s4、将溶液c逐滴加入溶液b中，磁力搅拌，得到溶液d；

s5、按比例量取适量叔丁胺：油酸，加入溶液d，磁力搅拌后，将混合溶液转移至100ml反应釜中，加热至180℃，保持24h后，关闭干燥箱，自然冷却至室温，收集反应产生的沉淀物，并用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，置于60℃干燥箱中干燥12h，得到不同叔丁胺∶油酸比例下的bi4ti3o12粉体。

进一步地，所述步骤s5中，叔丁胺∶油酸为18mmol∶12mmol/6mmol∶12mmol/6mmol∶6mmol/12mmol∶0mmol/12mmol∶6mmol。优选地，所述叔丁胺∶油酸比例为12mmol∶6mmol。

上述方案中，通过在制备过程中加入叔丁胺∶油酸，实现了bi4ti3012的形貌的调控，从而可以制备出由纳米片构建成的分级结构微米棒bi4ti3o12，实现对光的多次反射，增强对光的吸收，从而增强光催化性能。

附图说明

图1为本发明制备的不同叔丁胺∶油酸比例系列的钛酸铋粉体的xrd图谱。

图2为光催化性能最佳，叔丁胺∶油酸比为12mmol∶6mmol的纳米片构建微米棒分级结构bi4ti3012粉体的sem照片；

图中：(a)是*500倍，(b)是*10000倍。

图3为不同叔丁胺∶油酸比例系列的钛酸铋降解罗丹明b的曲率图及相应的一阶动力学曲线。

图4为不加入叔丁胺与油酸的钛酸铋纳米粉体的sem形貌。

图5为4mmol∶3mmol∶12mmol∶0mmol的钛酸铋纳米粉体的sem。

图6为4mmol∶3mmol∶6mmol∶6mmol的钛酸铋纳米粉体的sem。

图7为4mmol∶3mmol∶18mmol∶12mmol的钛酸铋纳米粉体的sem。

图8为4mmol∶3mmol∶6mmol∶12mmol的钛酸铋纳米粉体的sem。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实验例

s1、将4mmolbi(no3)3·5h2o溶于20ml去离子水中，磁力搅拌，得到溶液a；

s2、在溶液a中滴加3mmol钛酸四丁酯得到溶液b；

s3、配置40ml，3mol/l的naoh溶液记为溶液c；

s4、将溶液c逐滴加入溶液b中，磁力搅拌，得到溶液d；

s5、量取叔丁胺∶油酸为18mmol∶12mmol；6mmol∶12mmol；6mmol∶6mmol；12mmol∶0mmol；12mmol∶6mmol；0mmol∶0mmol，分别加入不同的溶液d中，磁力搅拌后，将混合溶液转移至100ml反应釜中，加热至180℃，保持24h后关闭干燥箱，自然冷却至室温，收集反应产生的沉淀物，并用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，置于60℃干燥箱中干燥12h，得到不同叔丁胺∶油酸比例下的bi4ti3012粉体。

图1为本发明制备的不同叔丁胺∶油酸比例系列的钛酸铋粉体的xrd图谱。通过与bi4ti3o12标准粉末衍射数据的比较，发现18tb-120a、12tb-60a、12tb-00a和0tb-00a样品均为纯正交相，晶胞参数为a＝0.5449nm，b＝3.2815nm，c＝0.541nm。

图2为光催化性能最佳，叔丁胺∶油酸比为12mmol∶6mmol的纳米片构建微米棒分级结构bi4ti3o12粉体的sem照片，可以看到此时样品结晶成长度为2-15μm，直径为0.5-1.7μm分级微棒形态，分级微棒又由厚度为20-50nm、直径为300-1700nm的纳米片组成。

以浓度为5mg/lrhb水溶液为目标有机污染物，在200w氙灯模拟太阳光照射下，测试了在不同叔丁胺∶油酸比例下制作的bi4ti3o12粉体的光催化性能。在光催化实验中，将0.1g催化剂加入100ml的rhb溶液中，在黑暗中搅拌30min，使rhb在光催化剂表面的吸附达到平衡，吸附完成后取3ml溶液后在光照下进行光催化反应，每间隔30min取3ml反应液离心去除催化剂，加上原液共有7个待测样品，使用uv-vis分光光度计调节波长为554nm并测定所取7个样品的浓度。结果见图3，表明：12tb-60a样品的光降解活性最高，即光催化性能最好的配比为叔丁胺∶油酸比例为12mmol∶6mmol。可能的原因是12tb-60a样品具有由大直径、小厚度的纳米片组成的棒状层次结构的特殊形貌。bi4ti3o12纳米薄片具有高度暴露的(010)面-高光催化活性的面，使12tb-60a样品具有比其他样品更高的光催化活性。

图4为不加入叔丁胺与油酸的钛酸铋纳米粉体的sem形貌，分级空心微球(直径0.8-1.6μm)，由纳米薄片组成(厚度30-70nm，直径130-250nm)

图5为4mmol∶3mmol∶12mmol∶0mmol的钛酸铋纳米粉体的sem，分级空心微球(直径3～4μm)，由纳米薄片组成(厚度60～100nm，直径150～350nm)。

图6为4mmol∶3mmol∶6mmol∶6mmol的钛酸铋纳米粉体的sem，除少量由纳米片组成的分级微棒外，占主导地位的为分级空心微球(直径2-3.5μm)，具有较小的分级微棒，由纳米薄片(厚度50-100nm，直径300-1000nm)组成。

图7为4mmol∶3mmol∶18mmol∶12mmol的钛酸铋纳米粉体的sem，分级空心微球(直径2.5-3.5μm)，由纳米薄片组成(厚度70-100nm，直径150-350nm)。

图8为4mmol∶3mmol∶6mmol∶12mmol的钛酸铋纳米粉体的sem，分级空心微球(直径2.5～4.5μm)，由纳米薄片组成(厚度50～90nm，直径200～700nm)

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。