專利名稱：可見(jiàn)光響應(yīng)納米Bi₃NbO₇光催化劑的制備方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及Bi3Nb07的制備方法以及Bi3Nb07的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，光催化劑處理印染廢水的研究巳成為國(guó)內(nèi)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。但是多數(shù)研究主要 集中在Ti02及鈦酸鹽上，然而由于其具有較高的禁帶寬度， 一般只對(duì)于紫外光有吸收，限制 了對(duì)于其的廣泛應(yīng)用，因此，開(kāi)發(fā)一種新型的可以在可見(jiàn)光下具有較高光催化活性的光催化 劑已成為光催化領(lǐng)域的一個(gè)的熱點(diǎn)問(wèn)題。而最近十幾年來(lái)， 一系列鈮(鉭)酸鹽光催化劑由 于其具有較高的光催化活性而被廣泛研究。例如， 一系列的鈮酸鹽光催化劑Pb.,NbA3、 BiNbO., 和Bi昌。7 (M二A1， Ga， In， Y，稀土金屬，F(xiàn)e)等和鈮鉀復(fù)合氧化物光催化劑如KNbO:!、線08、 K4NW)n和K6Nb瓜A,)等等因具有較好的光催化活性而被廣泛研究。Kudo和Kato研究了一系列 的鉭酸鹽、堿金屬的鉭酸鹽ATa03 (A=Li、 Na和K)、堿土金屬的鉭酸鹽光催化劑BTa206 (B=Ca、 Sr和Ba)，這些光催化劑具有比Ti02更高的光催化效果。鎢錳礦型的InTa(X和InNb(^氧化物 半導(dǎo)體光催化劑在可見(jiàn)光下具有較高的光催化活性。然而，目前鈮(鉭)酸鹽光催化劑的制 備主要是采用傳統(tǒng)的固相法通過(guò)在較高溫度下長(zhǎng)時(shí)間的燒結(jié)發(fā)應(yīng)來(lái)獲得，但因原料較難混合 均勻，反應(yīng)溫度高，反應(yīng)不易進(jìn)行完全，故制備出的粉體顆粒較大，并且分布不均勻，常常 混有雜相，這兩個(gè)方面使得固相法合成的光催化劑的光催化活性降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可見(jiàn)光催化活性高的可見(jiàn)光響應(yīng)納米Bi3Nb07光催化劑的制 備方法及其應(yīng)用，該方法具有合成溫度較低、操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是可見(jiàn)光響應(yīng)納米Bi:,Nb07光催化劑的制備方法， 其特征在于它包括如下步驟
1) 按NbA與KOH溶液的配比為l 3g: 60 80ml，選取NbA和KOH溶液，備用；其中 KOH溶液的濃度為2 4mol/L;
將NbA放入到KOH溶液中，在160 200'C環(huán)境下的反應(yīng)釜中密封加熱形成無(wú)色透明的 溶液，在攪拌條件下，滴加鹽酸，將溶液pH調(diào)至4 6,使溶液中的鈮完全以鈮酸(吣205 nH20) 的形式沉淀出來(lái)，得沉淀物；用去離子水沖洗去除沉淀物上吸附的殘余的鉀離子，得到鈮酸 沉淀物；
2) 將得到的鈮酸沉淀物加入草酸，在60 8(TC加熱條件下并不斷攪拌，即得到水溶性 的草酸鈮水溶液；其中鈮酸沉淀物與草酸的質(zhì)量配比為1: 10 25;
3) 按草酸鈮水溶液中的鈮與五水硝酸鉍的摩爾比為1: 3,選取草酸鈮水溶液和五水硝 酸鉍，備用；
按五水硝酸鉍中的Bi與檸檬酸的摩爾比為1: 4 1: 6，選取檸檬酸；按五水硝酸鉍中
的Bi與螯合劑EDTA (乙二胺四乙酸)的摩爾比為l: 2 1: 5，選取螯合劑EDTA (乙二胺四 乙酸)，備用；按螯合劑EDTA與氨水的配比為23 27 g: 100ml，選取氨水；
將五水硝酸鉍加入到0.4 0.6mol/L的檸檬酸溶液中在60 80'C下攪拌，加入螯合劑 EDTA與氨水的混合溶液，直至五水硝酸鉍完全溶解形成無(wú)色透明的鉍的溶液；
將草酸鈮水溶液加入到鉍的溶液中，在60 80'C加熱攪拌2 4小時(shí)，得到粘性的、多 泡的黑色樹(shù)脂；然后加熱至100 200'C膠化2 4小時(shí)，得到膠體聚合物；
4)將上述膠體聚合物于300 45(TC灼燒2 4h，即得到Bi:,Nb07光催化劑的前驅(qū)體；將 Bi3Nb07光催化劑的前驅(qū)體研磨后，在450 75(TC灼燒4 6h，得可見(jiàn)光響應(yīng)納米Bi:,Nb07光 催化劑。
所述的可見(jiàn)光響應(yīng)納米Bi:;Nb07光催化劑具有立方結(jié)構(gòu)，其晶粒尺寸在5 80納米。
所述的可見(jiàn)光響應(yīng)納米Bi:,Nb07光催化劑的應(yīng)用，其特征在于它作為光催化劑應(yīng)用。該光 催化劑在可見(jiàn)光(X》420nm)下，具有良好的光催化活性。
本發(fā)明的有益效果是使用NbA為原料，通過(guò)水熱方法獲得了水溶性的草酸鈮水溶液， 再通過(guò)檸檬酸法在較低的合成溫度(450 750°C)下，獲得了活性比傳統(tǒng)固相法高得多的納
米Bi:,Nb07光催化劑，獲得的納米Bi3Nb07光催化劑在可見(jiàn)光下具有較好的催化降解效果；且
操作簡(jiǎn)便。
具體實(shí)施例方式
為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不 僅僅局限于下面的實(shí)施例。
實(shí)施例1:
可見(jiàn)光響應(yīng)納米Bi3Nb07光催化劑的制備方法，它包括如下步驟
1) 稱取2. OOOOg的吣205加入到70ml濃度為3mol/L的KOH溶液中，在200。C環(huán)境下的 聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中密封加熱形成無(wú)色透明的溶液，在攪拌條件下，加HC1溶液調(diào)節(jié)pH 到5，使溶液中的鈮完全以鈮酸(NbA*nH20)的形式沉淀出來(lái)，得到白色沉淀，用蒸餾水 反復(fù)沖洗沉淀3 5次，以去除沉淀上吸附的鉀離子，得到鈮酸沉淀物；
2) 將得到的鈮酸沉淀物加入20克的草酸(此時(shí)鈮酸沉淀物與草酸的質(zhì)量配比約為1: 10)，在8(TC加熱條件下并不斷攪拌，即得到水溶性的草酸鈮水溶液(即鈮的草酸鹽水溶液)；
3 )取0. 15mol [即31. 521g]檸檬酸加至300ml去離子水中，再加入0. 03mol [即 14. 5521g]Bi(N0:i)3 5H20，置于80。C水浴攪拌，得溶液A;取O. 09mol[即26. 3025g]螯合劑EDTA 溶于100ml濃氨水，再加入上述溶液A中，直至五水硝酸鉍完全溶解形成無(wú)色透明的鉍的溶液； 再將O. Olmol草酸鈮水溶液加入上述鉍的溶液中，再于80。C下攪拌3小時(shí)，直至溶液中水份將 要蒸干時(shí)(此時(shí)生成粘性的、多泡的黑色樹(shù)脂)，于20(TC加熱膠化2小時(shí)，得到膠體聚合物 (粘稠狀的、黑色的)；
4)將上述膠體聚合物在馬沸爐中45(TC下灰化4h，即得到Bi:,Nb07光催化劑的前驅(qū)體； 將Bi:,Nba光催化劑的前驅(qū)體研磨后，在55(TC灼燒6h，得可見(jiàn)光響應(yīng)納米Bi:,Nb07光催化劑。
該實(shí)施例合成的可見(jiàn)光響應(yīng)納米Bi:iNb07光催化劑，其組成為化合物Bi:,Nb07，該化合物的
晶粒尺寸在15 60納米?？梢?jiàn)光響應(yīng)納米Bi3Nb07光催化劑作為光催化劑應(yīng)用，在降解酸性紅 G的實(shí)驗(yàn)中，投加量為lg/L，酸性紅G的濃度為50mg/L， X^420nra，其2小時(shí)的降解率即達(dá)到 約74%。
實(shí)施例2:
可見(jiàn)光響應(yīng)納米Bi:,Nb07光催化劑的制備方法，它包括如下步驟
1) 稱取2. OOOOg的NbA加入到70ml濃度為3mol/L的KOH溶液中，在200。C環(huán)境下的 聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中密封加熱形成無(wú)色透明的溶液，在攪拌條件下，滴加HC1溶液調(diào)節(jié)pH 到6，使溶液中的鈮完全以鈮酸(Nb205 *nH20)的形式沉淀出來(lái)，得到白色沉淀，用蒸餾水 沖洗沉淀3 5次，以去除沉淀上吸附的鉀離子，得到鈮酸沉淀物；
2) 將得到的鈮酸沉淀物加入20克的草酸(此時(shí)鈮酸沉淀物與草酸的質(zhì)量配比為1: 10)， 于8(TC不斷攪拌，即得到水溶性的草酸鈮水溶液(即鈮的草酸鹽水溶液)；
3) 取0.18mol[即37.82552g]檸檬酸加至300ml去離子水中，再加入0. 03mol[即 14. 5521g]Bi麵:, 5H20，置于水浴攪拌，得溶液A;取0. 08mol [即23. 3800g]螯合劑EDTA 溶于lO(tal濃氨水加入上述溶液A中，直至五水硝酸鉍完全溶解形成無(wú)色透明的鉍的溶液； 再將0.01mol草酸鈮水溶液加入上述鉍的溶液中，再于80'C下攪拌3小時(shí)，直至溶液中水份 將要蒸干時(shí)(此時(shí)生成粘性的、多泡的黑色樹(shù)脂)，于10(TC膠化3小時(shí)，得膠體聚合(粘稠 狀的、黑色的)；
4) 將上述膠體聚合物于450'C灼燒4h，即得到Bi:;Nb07光催化劑的前驅(qū)體；將Bi3Nb07 光催化劑的前驅(qū)體研磨后，在50(TC灼燒6h，得可見(jiàn)光響應(yīng)納米Bi3Nb07光催化劑。
該實(shí)施例合成的可見(jiàn)光響應(yīng)納米Bi3Nb07光催化劑，其組成為化合物Bi3Nb07，該化合物的 晶粒尺寸在15 60納米?？梢?jiàn)光響應(yīng)納米Bi3Nb07光催化劑作為光催化劑應(yīng)用，在降解酸性紅 G的實(shí)驗(yàn)中，投加量為lg/L，酸性紅G的濃度為50mg/L， X》420nm，其2小時(shí)的降解率即達(dá)到 約73%。
實(shí)施例3:
可見(jiàn)光響應(yīng)納米Bi3Nb07光催化劑的制備方法，它包括如下步驟
1) 按NbA與KOH溶液的配比為lg: 60ml，選取NbA和KOH溶液，備用；其中KOH溶 液的濃度為2mol/L;
將NbA放入到KOH溶液中，在160。C環(huán)境下的反應(yīng)釜中密封加熱形成無(wú)色透明的溶液， 在攪拌條件下，滴加鹽酸，將溶液pH調(diào)至4，使溶液中的鈮完全以鈮酸(Nb205 *nH20)的形 式沉淀出來(lái)，得沉淀物；用去離子水沖洗去除沉淀物上吸附的殘余的鉀離子，得到鈮酸沉淀 物；
2) 將得到的鈮酸沉淀物加入草酸，在6(TC加熱條件下并不斷攪拌，即得到水溶性的草
酸鈮水溶液(即鈮的草酸鹽水溶液)；其中鈮酸沉淀物與草酸的質(zhì)量配比為1: 10;
3) 按草酸鈮水溶液中的鈮與五水硝酸鉍(Bi(N0:,)3 5H20)的摩爾比為l: 3，選取草酸 鈮水溶液和五水硝酸鉍，備用；
按五水硝酸鉍中的Bi與檸檬酸的摩爾比為1: 4，選取檸檬酸；按五水硝酸鉍中的Bi與 螯合劑EDTA的摩爾比為1: 2，選取螯合劑EDTA，備用；按螯合劑EDTA與氨水的配比為23g: 100ml，選取氨水；
將五水硝酸鉍加入到0. 4mol/L的檸檬酸溶液中在6(TC下攪拌，加入螯合劑EDTA與氨水 的混合溶液，直至五水硝酸鉍完全溶解形成無(wú)色透明的鉍的溶液；
將草酸鈮水溶液加入到鉍的溶液中，在6(TC加熱攪拌2小時(shí)，直至生成粘性的、多泡的 黑色樹(shù)脂；加熱至100'C膠化2小時(shí)，直至產(chǎn)生膠體聚合物；
4)將上述膠體聚合物于30(TC灼燒2h，即得到Bi3Nb07光催化劑的前驅(qū)體；將Bi巢 光催化劑的前驅(qū)體研磨后，在45CTC灼燒4h，得可見(jiàn)光響應(yīng)納米Bi3Nb07光催化劑。所得的可 見(jiàn)光響應(yīng)納米Bi:;Nb07光催化劑具有立方結(jié)構(gòu)，其晶粒尺寸在5 80納米。
所述的可見(jiàn)光響應(yīng)納米Bi3Nb07光催化劑的作為光催化劑應(yīng)用。
實(shí)施例4:
可見(jiàn)光響應(yīng)納米Bi:,Nb07光催化劑的制備方法，它包括如下步驟
1) 按NbA與KOH溶液的配比為3g: 80ffll ，選取Nb205和KOH溶液，備用；其中KOH溶 液的濃度為4mol/L;
將NbA放入到KOH溶液中，在20(TC環(huán)境下的反應(yīng)釜中密封加熱形成無(wú)色透明的溶液， 在攪拌條件下，滴加鹽酸，將溶液pH調(diào)至6，使溶液中的鈮完全以鈮酸(Nb205 ，nH20)的形 式沉淀出來(lái)，得沉淀物；用去離子水沖洗去除沉淀物上吸附的殘余的鉀離子，得到鈮酸沉淀 物；
2) 將得到的鈮酸沉淀物加入草酸，在8(TC加熱條件下并不斷攪拌，即得到水溶性的草 酸鈮水溶液(即鈮的草酸鹽水溶液)；其中鈮酸沉淀物與草酸的質(zhì)量配比為1: 25;
3) 按草酸鈮水溶液中的鈮與五水硝酸鉍(Bi(N03)3 5H20)的摩爾比為l: 3，選取草酸 鈮水溶液和五水硝酸鉍，備用；
按五水硝酸鉍中的Bi與檸檬酸的摩爾比為1: 6，選取檸檬酸；按五水硝酸鉍中的Bi與
螯合劑EDTA的摩爾比為1: 5，選取螯合劑EDTA，備用；按螯合劑EDTA與氨水的配比為27 g: lOOml，選取氨水；
將五水硝酸鉍加入到0. 6mol/L的檸檬酸溶液中在8(TC下攪拌，加入螯合劑EDTA與氨水 的混合溶液，直至五水硝酸鉍完全溶解形成無(wú)色透明的鉍的溶液；
將草酸鈮水溶液加入到鉍的溶液中，在8(TC加熱攪拌4小時(shí)，直至生成粘性的、多泡的 黑色樹(shù)脂；加熱至20(TC膠化4小時(shí)，直至產(chǎn)生膠體聚合物；
4) 將上述膠體聚合物于45(TC灼燒4h，即得到Bi:,Nb07光催化劑的前驅(qū)體；將Bi:,Nb07 光催化劑的前驅(qū)體研磨后，在75(TC灼燒6h，得可見(jiàn)光響應(yīng)納米Bi3Nb07光催化劑。所得的可 見(jiàn)光響應(yīng)納米Bi3Nb07光催化劑具有立方結(jié)構(gòu)，其晶粒尺寸在5 80納米。
所述的可見(jiàn)光響應(yīng)納米Bi3NbO,光催化劑作為光催化劑應(yīng)用。
權(quán)利要求
1．可見(jiàn)光響應(yīng)納米Bi3NbO7光催化劑的制備方法，其特征在于它包括如下步驟1)按Nb2O5與KOH溶液的配比為1～3g60～80ml，選取Nb2O5和KOH溶液，備用；其中KOH溶液的濃度為2～4mol/L；將Nb2O5放入到KOH溶液中，在160～200℃環(huán)境下的反應(yīng)釜中密封加熱形成無(wú)色透明的溶液，在攪拌條件下，滴加鹽酸，將溶液pH調(diào)至4～6，使溶液中的鈮完全以鈮酸(Nb2O5·nH2O)的形式沉淀出來(lái)，得沉淀物；用去離子水沖洗去除沉淀物上吸附的殘余的鉀離子，得到鈮酸沉淀物；2)將得到的鈮酸沉淀物加入草酸，在60～80℃加熱條件下并不斷攪拌，即得到水溶性的草酸鈮水溶液；其中鈮酸沉淀物與草酸的質(zhì)量配比為110～25；3)按草酸鈮水溶液中的鈮與五水硝酸鉍的摩爾比為13，選取草酸鈮水溶液和五水硝酸鉍，備用；按五水硝酸鉍中的Bi與檸檬酸的摩爾比為14～16，選取檸檬酸；按五水硝酸鉍中的Bi與螯合劑乙二胺四乙酸的摩爾比為12～15，選取螯合劑乙二胺四乙酸，備用；按螯合劑乙二胺四乙酸與氨水的配比為23～27 g100ml，選取氨水；將五水硝酸鉍加入到0.4～0.6mo1/L的檸檬酸溶液中在60～80℃下攪拌，加入螯合劑乙二胺四乙酸與氨水的混合溶液，直至五水硝酸鉍完全溶解形成無(wú)色透明的鉍的溶液；將草酸鈮水溶液加入到鉍的溶液中，在60～80℃加熱攪拌2～4小時(shí)，得到粘性的、多泡的黑色樹(shù)脂；然后加熱至100～200℃膠化2～4小時(shí)，得到膠體聚合物；4)將上述膠體聚合物于300～450℃灼燒2～4h，即得到Bi3NbO7光催化劑的前驅(qū)體；將Bi3NbO7光催化劑的前驅(qū)體研磨后，在450～750℃灼燒4～6h，得可見(jiàn)光響應(yīng)納米Bi3NbO7光催化劑。
2. 如權(quán)利要求l所得到的可見(jiàn)光響應(yīng)納米Bi3Nb07光催化劑的應(yīng)用，其特征在于它作為 光催化劑應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及Bi₃NbO₇的制備方法以及Bi₃NbO₇的應(yīng)用。其制備方法是以Nb₂O₅為原料，通過(guò)水熱方法獲得水溶性的草酸鈮水溶液；將硝酸鉍(Bi(NO₃)₃·5H₂O)加入檸檬酸溶液，再加入EDTA與濃氨水的混合溶液，形成鉍的水溶液；再根據(jù)配比的組成將草酸鈮水溶液加入鉍的水溶液中，60～80℃加熱攪拌，即獲得Bi₃NbO₇光催化劑的前驅(qū)體溶液，經(jīng)聚酯化、灼燒去碳，然后在450～750℃焙燒獲得納米Bi₃NbO₇光催化劑。本發(fā)明獲得的納米Bi₃NbO₇光催化劑的活性比傳統(tǒng)固相法高得多；該方法具有合成溫度較低、操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B01J23/16GK101362084SQ20081019702
公開(kāi)日2009年2月11日 申請(qǐng)日期2008年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月18日
發(fā)明者凡 呂, 張高科, 名 李, 楊軍玲, 茜 熊 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)