复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于降解有机污染物的光催化剂的制备方法，尤其涉及降解有机污染物的光催化剂La/Ti02/Bi203复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]当前半导体材料在光催化降解有机污染物方面的应用得到广泛关注，为了提高半导体材料的光催化效率、提高使用寿命、保证材料使用的稳定性和安全性，不断开发新型材料至关重要。纳米二氧化钛因具有催化活性高，结构性能稳定且廉价、无毒等优点，在环境污染治理领域有着广阔的应用前景，但T12是一种N型半导体材料，禁带宽度比较宽(3.2eV)，只有当波长满足λ <387.5nm的紫外光(只占太阳能量的4%左右)才能被吸收，为此扩宽其在可见光范围内的吸收，提高对太阳能的利用率成为众多学者研宄的热点。戴健等人利用浸渍法制备2110-1102复合光催化剂，发现氧化锌和二氧化钛耦合能扩大光催化剂吸收的波长范围，从而提高对太阳能的利用率；徐晶晶等人在低温条件下将氧化铋加入二氧化钛前驱体中制备复合颗粒，在太阳光激发下催化降解4-苯酚，提高了光催化活性。以上两种方法制得的光催化剂都有效提高了二氧化钛对太阳能的利用率，但存在以下缺陷:一是低温制备的晶体处于无定形态因而抑制了光催化活性，二是ZnO和Bi2O3的禁带宽度小，产生的光生电子空穴对的复合率高。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种降解有机污染物的光催化剂La/Ti02/Bi203复合材料的制备方法，以获得比表面积大、对太阳能的利用率高、光催化活性好、光催化降解率高的La/Ti02/Bi203纳米片层结构复合材料。
[0004]为实现以上目的，本发明光催化剂La/Ti02/Bi203复合材料的制备方法设计了一种水热法，以可溶性硝酸镧、硝酸铋和钛盐为原料，十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂，在室温下将钛盐水解后和硝酸镧、硝酸铋溶于酸性溶液中，经搅拌反应得到溶胶前驱体，再经水热得到La/Ti02/Bi203复合光催化剂；具体操作步骤如下:
(1)将硝酸铋溶解于稀硝酸中搅拌，配成l~10mmoL/LBi (NO3)3溶液，将该溶液在搅拌条件下加入到质量比浓度为(3~10)%的氨水中，两者的容积比为Bi (NO3)3:氨水=1: (2-4),产生白色沉淀后停止搅拌；
(2)按钛酸正四丁酯与硝酸铋的摩尔比为1:(0.1-1)的量比准备好钛酸正四丁酯，将该钛酸正丁酯加入到蒸馏水中，搅拌使其充分水解，然后抽滤洗涤得白色沉淀；按蒸馏水与钛酸正四丁酯的容积比为1:(50~100)准备好蒸馏水，将沉淀物加入到蒸馏水中，加入混酸调节使PH= (2~6)，充分搅拌；
(3)按La(NO3)3.6H20与钛酸四正丁酯的摩尔比为(0.1-0.5):1的量比称取La(NO3)3- 6H20并加入到步骤(2)得到的溶液中，边搅拌边加入步骤(I)所得溶液和十六烷基三甲基溴化铵，继续搅拌直至得到溶胶状的前驱体，该十六烷基三甲基溴化铵的数量按其与钛酸四正丁酯的摩尔比为1:(0.001~0.01)称取；
(4)将前驱体于100?200 °0水热反应，抽滤得到淡黄色粉末，将干燥后的粉末在200?700°C下煅烧得到La/Ti02/Bi203纳米复合粉末。
[0005]其中:步骤(I)所述硝酸铋的量优选为4~8mmol/L。
[0006]其中:步骤(2)所述混酸为硝酸和盐酸，两者摩尔比优选为硝酸:盐酸=I:(1~8) 其中:步骤(2)所述钛酸正四丁酯与硝酸铋的摩尔比优选为1:(0.5-1)
其中:步骤(3)所述La(NO3)3.6H20与钛酸四正丁酯的摩尔比优选为1:(0.2~0.4)。
[0007]其中:步骤(3)所述十六烷基三甲基溴化铵与钛酸四正丁酯的摩尔比优选为1:(0.001-0.005)。
[0008]其中:步骤(4)所述水热温度优选为140-160°C。
[0009]其中:步骤(4 )所述煅烧温度优选为300-500 V。
[0010]本发明制得的光催化剂La/Ti02/Bi203纳米复合粉末于甲基橙为目标降解物检验其光催化性能，应用方法是:
取100ml 15mg/L甲基橙溶液，另一份100ml 15mg/L的甲基橙溶液中加入20mg样品，于磁力搅拌器在暗处搅拌40min达到物理吸附和脱附平衡后在暗处放置60min，测其吸光度，再将它们置于紫外线灯下进行照射，每20min取样，测定吸光度(最大吸收波长为464.8nm)，计算其降解率。
[0011]本发明针对提高二氧化钛对太阳能的使用率，抑制光生电子空穴对的复合，提出了用水热法制备片层结构的La/Ti02/Bi203纳米复合材料。该技术的主要创新点如下:(1)生成纳米片层结构的氧化铋附载稀土 La和二氧化钛，使光生电子传输能力增强，增加了表面羟基的数量，提高了材料的光催化性能；(2)稀土 La的掺杂使光生电子空穴的复合率降低，有效提高光催化活性；(3)以十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂，让复合材料粒子细化，比表面积增大；(4)水热法制备使晶体生长更完整，三种物质的协同作用更显著，提高了复合光催化材料对太阳能的利用率。
[0012]本发明光催化剂La/Ti02/Bi203复合材料的制备方法操作简便易行，易于大规模生产，制得的光催化剂降解有机污染物可重复使用并有优良的循环使用性能，使其在光催化降解有机污染物领域中有着潜在的应用前景，对开发新型光催化降解有机污染物材料有一定的指导作用。
【附图说明】
[0013]图1为本发明光催化剂La/Ti02/Bi203复合材料的制备方法所制备的光催化剂的XRD 图。
[0014]图2为本发明光催化剂La/Ti02/Bi203复合材料的制备方法所制备的光催化剂的放大2万倍的SEM图片。
[0015]图3为本发明光催化剂La/Ti02/Bi203复合材料的制备方法所制备的光催化剂的放大I万倍的SEM图片。
[0016]图4为本发明光催化剂La/Ti02/Bi203复合材料的制备方法所制备的光催化剂光催化降解甲基橙的降解图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明光催化剂La/Ti02/Bi203复合材料的制备方法作进一步详细说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
[0018]实施例1
本实施例包括以下步骤:
(1)将硝酸铋溶解于稀硝酸中搅拌，配成4mmoL/LBi(NO3) 3溶液，量取50mL Bi (NO 3) 3溶液，搅拌下加入150mL 5%氨水，直至产生白色沉淀；
(2)将ImL钛酸正四丁酯加入到40mL蒸馏水搅拌使其充分水解，然后抽滤洗涤得白色沉淀。将沉淀物加入到10mL蒸馏水，加入混酸调节pH=2，充分搅拌；
(3)称取0.0027gLa(NO3)3.6H20加入到步骤(2)所得的溶液中，边搅拌边加入步骤(I)所得的溶液和lmLlmol/L十六烷基三甲基溴化铵，继续搅拌得到溶胶状的前驱体；
(4)将前驱体于120°0水热反应12h，抽滤得到淡黄色粉末，将干燥后的粉末在600°C下煅烧30min得到La/Ti02/Bi203纳米复合粉末。
[0019]利用20mg所得材料光催化降解15mg/L的甲基橙溶液100ml，60min测得降解率为56.51%，光催化活性较一般。
[0020]实施例2
本实施例包括以下步骤:
(1)将硝酸铋溶解于稀硝酸中搅拌，配成6mmoL/LBi(NO3) 3溶液，量取50mL Bi (NO 3) 3溶液，搅拌下加入150mL 5%氨水，直至产生白色沉淀；
(2)将ImL钛酸正