一步溶剂热法合成多孔纳米球状氧化铋的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料制备及应用领域，具体涉及一种多孔纳米球状氧化铋及其一步溶剂热合成法和应用。
【背景技术】
[0002]当前，对硝基苯酚是一种有毒污染物，已经对环境构成了危害。而对氨基苯酚是重要的化工原料及有机中间体，广泛应用于医药、染料、抗氧化剂、感光材料及农药等精细化学品的合成。目前，对硝基苯酚转化为对氨基苯酚的主要途径有催化加氢、电解还原法及铁粉还原等，其中，催化加氢因收率高、能耗低和环境友好等优点备受关注。而研宄和应用较多的对硝基苯酚液相催化加氢催化剂主要有贵金属、过渡金属及其金属氧化物催化剂。因此，寻找一种价格低廉、地球蕴含量高、合成方法简单的催化材料仍是具有挑战性的课题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种多孔纳米球状氧化铋及其一步溶剂热合成法和应用，制备方法简单，成本低。制得的多孔纳米球状氧化铋对对硝基苯酚转化为对氨基苯酚有很好的促进作用，并且其原位生成的铋单质对这一反应也有很好的催化作用。合成过程中不需要复杂的仪器、操作简单，有利于大规模生产。
[0004]为了实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实施的:
一种多孔纳米球状氧化铋的合成方法是采用一步溶剂热法:将2.4 g五水硝酸铋溶解在75 mL有机溶剂中，160°C水热反应6小时，自然冷却，经去离子水和乙醇洗涤数次，干燥，得到多孔纳米球状氧化铋。所述的有机溶剂为甘油。
[0005]合成的多孔纳米球状氧化铋呈多孔纳米球状，尺寸为40-70纳米，比表面积为45-50 m2/g，孔容为 0.15-0.4 cm3/g。
[0006]所述的多孔纳米球状氧化铋用于室温下液相催化对硝基苯酚转化为对氨基苯酚。
[0007]本发明的有益效果在于:
(I)本发明采用简单的一步溶剂热以五水硝酸铋及甘油为原料合成多孔纳米球状氧化铋材料，整个过程操作简单，成本低廉，反应条件温和，且目标产物纯度高，可以大批量合成。
[0008](2)本发明首次将P区金属氧化物应用于液相还原对硝基苯酚转化为对氨基苯酚，结果表明其具有良好的催化性能，反应过程中原位生成的铋单质对这一反应也有较好的催化效果，且其循环性能好。
[0009](3)本发明合成的多孔纳米球状氧化铋也可以应用于这类型的对硝基苯取代物转化为对应的对氨基苯取代物反应。
[0010](4)本发明合成方法简单，得到的材料易于应用，有利于在工业生产中推广应用。【附图说明】
[0011]图1是实施例1所得的多孔纳米球状材料氧化铋的SEM图。
[0012]图2是实施例1所得的多孔纳米球状材料氧化铋的TEM图。
[0013]图3是实施例1所得的多孔纳米球状材料氧化铋的BET图。
[0014]图4是实施例3所得的多孔纳米球状材料氧化铋还原对硝基苯酚的活性效果图。
[0015]图5是实施例2、3、4所得多孔纳米球状材料氧化铋在不同温度下还原对硝基苯酚的速率图。
[0016]图6是实施例5中多孔纳米球状材料氧化铋还原不同对硝基苯取代物的活性图。
【具体实施方式】
[0017]为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本发明并不限于此。
[0018]实施例1
将质量为2.4 g的五水硝酸铋溶解在75 mL的甘油中，室温搅拌至澄清后将溶液转置于100 mL的反应釜中，置于160°C烘箱中反应6小时，反应结束后令其自然冷却，产物经去离子水和乙醇洗涤数次，干燥收集，得到多孔纳米球状氧化铋材料。
[0019]实施例2
准确量取5 mL 200 ppm的对硝基苯酚溶液与100 mL的烧杯中，加入70 mL的去离子水与5 mL 0.1 M的硼氢化钠溶液，搅拌5分钟后，加入样品10 mg。用冷凝水控制整个反应温度在15°C。
[0020]实施例3
准确量取5 mL 200 ppm的对硝基苯酚溶液与100 mL的烧杯中，加入70 mL的去离子水与5 mL 0.1 M的硼氢化钠溶液，搅拌5分钟后，加入样品10 mg。用冷凝水控制整个反应温度在25 °C。
[0021]实施例4
准确量取5 mL 200 ppm的对硝基苯酚溶液与100 mL的烧杯中，加入70 mL的去离子水与5 mL 0.1 M的硼氢化钠溶液，搅拌5分钟后，加入样品10 mg。用冷凝水控制整个反应温度在35 °C。
[0022]实施例5
准确量取与对硝基苯酚浓度相同的其他类对硝基苯取代物于烧杯中，加入同样浓度的硼氢化钠5 mL，搅拌5分钟后，加入样品10 mg。为了保持反应过程中温度的一致，实验过程中应用循环冷凝水装置控制整个反应过程温度在25°C。
[0023]本发明合成的多孔氧化铋纳米球粉末经扫描电镜(图1)观察，其大小均一，尺寸约为40-70纳米左右；经透射电镜分析，其纳米颗粒是有许多纳米颗粒堆积而成，具有孔状结构；经氮气吸脱附分析，其比表面积为47.46m2/g，孔容为0.19 cm3/g ;经活性测试可知，多孔纳米球氧化铋可以有效地还原对硝基苯酚为对氨基苯酚，并且对其他对硝基苯类有机物也有很好的转化。
[0024]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【主权项】
1.一种多孔纳米球状氧化铋的合成方法，其特征在于:采用一步溶剂热法。
2.根据权利要求1所述的多孔纳米球状氧化铋的合成方法，其特征在于:将2.4 g五水硝酸铋溶解在75 mL有机溶剂中，160°C水热反应6小时，自然冷却，经去离子水和乙醇洗涤数次，干燥，得到多孔纳米球状氧化铋。
3.根据权利要求2所述的多孔纳米球状氧化铋的合成方法，其特征在于:所述的有机溶剂为甘油。
4.一种如权利要求1所述的方法合成的多孔纳米球状氧化铋，其特征在于:呈多孔纳米球状，尺寸为40-70纳米，比表面积为45-50m2/g，孔容为0.15-0.4 cm3/g。
5.一种如权利要求1所述的方法合成的多孔纳米球状氧化铋的应用，其特征在于:所述的多孔纳米球状氧化铋用于室温下液相催化对硝基苯酚转化为对氨基苯酚。
【专利摘要】本发明公开了一种多孔纳米球状氧化铋及其一步溶剂热合成法和应用，以五水硝酸铋为铋源，以甘油为反应溶剂，一步溶剂热法合成多孔纳米球状氧化铋。合成工艺简单、成本低廉、反应条件温和、符合实际生产需求。本发明首次将其应用于对硝基苯酚转化成对氨基苯酚中，展现出较好的催化性能、稳定性和循环性。在室温条件下，添加少量的氧化铋即可在40分钟内达到对硝基苯酚的完全转化。本发明在开发有机合成及环境治理中也具有广阔的应用前景。
【IPC分类】C07C215-76, C01G29-00, C07C213-00, B01J23-18
【公开号】CN104785239
【申请号】CN201510186698
【发明人】邱晓清, 胡金丽
【申请人】福州大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月18日