專利名稱：可見光光催化劑Bi₁₂O₁₇Cl₂及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及Bi12O17Cl2可見光催化劑及其制備方法，特別涉及Bi12O17Cl2可見光催化劑的水熱法制備，制備的Bi12O17Cl2具有很高的可見光催化活性，在可見光照射下，45分鐘內(nèi)可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)污染物五氯苯酚接近100%降解。
背景技術(shù)：
自從上世紀(jì)七十年代以來，光催化降解環(huán)境中的有毒有機(jī)污染物問題吸引了環(huán)境學(xué)家們的廣泛關(guān)注。眾所周知，二氧化鈦由于其具有的無毒、穩(wěn)定、價廉、光催化活性高等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于光催化降解環(huán)境中的有毒有機(jī)污染物。然而，二氧化鈦的禁帶寬度(銳鈦礦為3. &V，金紅石為3. OeV)比較寬，只能被太陽光中的紫外光所激發(fā)，從而限制了二氧化鈦光催化劑的有效應(yīng)用。因此，材料學(xué)家們掀起了一股研究如何更有效利用占太陽光譜總量43%的可見光來光催化降解有毒有機(jī)污染物的熱潮?，F(xiàn)今，文獻(xiàn)報道主要有兩種途徑來獲得可見光活性的光催化劑一種是對二氧化鈦進(jìn)行摻雜，由此產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)可以大大提高二氧化鈦的可見光催化活性，但是摻雜過程需要在高溫下煅燒或是需要很多反應(yīng)步驟，而且往往需要昂貴的離子移植設(shè)備，這大大限制了它的工業(yè)應(yīng)用潛力；另一種是設(shè)計全新的沒有摻雜的單相的氧化物光催化劑使它能夠在可見光下被激發(fā)。近年來，BiOX(X = Cl，Br, I)材料因其具備優(yōu)良的電子、光學(xué)、磁和發(fā)冷光的性質(zhì)吸引了材料學(xué)家的極大興趣。然而BiOCl的禁帶寬度(3. OeV)較寬，不足以被可見光激發(fā)來光催化降解環(huán)境中的有毒有機(jī)污染物。有文獻(xiàn)報道[Hong，Deng ；Yadong Li，Chem. Eur.J. 2005，11，6519-6524]，通過簡單的調(diào)節(jié)五水硝酸鉍和十六烷基氯化銨混合液的pH值，然后在160-180°C溫度下水熱12至對個小時可以得到不同計量比的財0(1和財24031(11(1。隨著溶液PH值的逐漸增大，產(chǎn)品的顏色從白色逐漸變成了黃色，而且產(chǎn)品的紫外漫反射光譜表明它的最大吸收邊緣逐漸在向可見光區(qū)域移動，這些都說明它對可見光的吸收在逐漸增強(qiáng)。在本發(fā)明中，發(fā)明人采用了無機(jī)鹽氯化鉀替代十六烷基氯化銨(CTAC)作為氯源，通過氫氧化鈉調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液的PH值至12. 5 13，然后在160°C的溫度下水熱M小時合成出一種全新計量比的高效Bi12O17Cl2可見光催化劑，該反應(yīng)在反應(yīng)釜中進(jìn)行，不需要任何熱處理后續(xù)步驟。并且反應(yīng)所得到的Bi12O17Cl2光催化劑都具有很好的可見光催化活性，在可見光照射下，45分鐘內(nèi)可實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)污染物五氯苯酚(PCP)接近100%的降解。整個合成過程都在反應(yīng)釜中進(jìn)行，工藝過程非常容易操作，原料易得，成本低，產(chǎn)率高達(dá)90%，工業(yè)放大因素小，為大規(guī)模生產(chǎn)可見光催化劑提供了一條行之有效的途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在提供一種沒有摻雜的、單相的高效可見光催化劑Bi12O17Cl2及其制備方法。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用技術(shù)方案如下一種氯氧鉍可見光催化劑，其特征在于，它為Bi12O17Cl2,是長度為幾百納米，寬度為幾百納米的納米片，它在可見光照射下，45分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)污染物五氯苯酚大于99. 5%接近100%降解。本發(fā)明的Bi12O17Cl2可見光催化劑的制備方法，其特征在于，采用水熱法，制備步驟依次為步驟1 在反應(yīng)釜中加入五水硝酸鉍和氯化鉀溶解在水中得混合溶液，其中五水硝酸鉍的量為0. 05 0. 1摩爾/升，氯化鉀的量為0. 05 0. 1摩爾/升，五水硝酸鉍和氯化鉀摩爾比為1 1;步驟2 在步驟1的混合溶液室溫攪拌10分鐘，然后用濃度1摩爾/升的氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)混合溶液的PH值為12. 5 13，攪拌10分鐘，然后將混合溶液進(jìn)行水熱處理，處理溫度為160 180°C，恒溫12 24小時；步驟3:步驟2結(jié)束后，過濾，并將過濾得到的固體產(chǎn)物用蒸餾水和乙醇分別淋洗3次以上，然后將產(chǎn)物在50°C下干燥8小時，即得到黃色的Bi12O17Cl2固體粉末，其Bi12O17Cl2是長度為幾百納米，寬度為幾百納米的納米片。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、水熱法合成了 Bi12O17Cl2可見光催化劑。2、合成的Bi12O17Cl2可見光催化劑，它具有很好的可見光催化活性，在可見光照射下，45分鐘內(nèi)可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)污染物五氯苯酚接近100%降解。3、整個合成過程都在反應(yīng)釜中進(jìn)行，工藝過程非常容易操作，工業(yè)放大因素小，原料易得，成本低，產(chǎn)率較高，非常符合實(shí)際生產(chǎn)的需要。


圖1為所制備Bi12O17Cl2的XRD圖譜圖中圖譜對應(yīng)于 Bi12O17Cl2 (JCPDS No. 37-702)。圖2為所制備Bi12O17Cl2的TEM圖從圖中可以看出該Bi12O17Cl2是由長度為幾百納米，寬度為幾百納米的納米片組成的。圖3為所制備Bi12O17Cl2的紫外漫反射光譜從圖中可以看出，所制備的Bi12O17Cl2W紫外光區(qū)到可見光區(qū)都有很強(qiáng)的吸收，最大吸收邊緣在515nm。圖4為可見光照射下所制備Bi12O17Cl2對于PCP的降解曲線?？梢钥闯觯景l(fā)明所制備的Bi12O17Cl2,相較于德固賽公司生產(chǎn)的二氧化鈦(P25)，我們所制備的Bi12O17Cl2具有更好的可見光降解活性，在可見光照光下，45分鐘內(nèi)可實(shí)現(xiàn)對污染物接近100%的降解。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明通過下述實(shí)施例進(jìn)一步說明。實(shí)施例1Bi12O17Cl2可見光催化劑制備，制備步驟依次為步驟1 在25毫升的反應(yīng)釜中加入五水硝酸鉍和氯化鉀，加入15毫升蒸餾水，配成混合溶液，其中五水硝酸鉍的量為0. 05 0. 1摩爾/升，氯化鉀的量為0. 05 0. 1摩爾/升，五水硝酸鉍和氯化鉀的摩爾比等于1 ；步驟2 步驟1的混合溶液室溫攪拌10分鐘，然后用1摩爾/升的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液的PH值為12. 5 13，攪拌10分鐘，再將混合溶液進(jìn)行水熱處理，處理溫度為160 180°C，恒溫12 24小時；步驟3:步驟2結(jié)束后，過濾，并將過濾得到的固體產(chǎn)物用蒸餾水和乙醇分別淋洗3次，然后將產(chǎn)物在50°C下干燥8小時，即得到黃色的Bi12O17Cl2固體粉末。實(shí)施例2Bi12O17Cl2可見光催化劑制備，制備步驟依次為步驟1 在25毫升的反應(yīng)釜中加入五水硝酸鉍和氯化鉀，加入15毫升蒸餾水，配成混合溶液，其中五水硝酸鉍的量為0. 05摩爾/升，氯化鉀的量為0. 05摩爾/升，五水硝酸鉍和氯化鉀的摩爾比等于1 ；步驟2 在步驟1的混合溶液室溫攪拌10分鐘，然后用1摩爾/升的氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液的PH值為12. 6，攪拌10分鐘，然后將混合溶液進(jìn)行水熱處理，處理溫度為160°C，恒溫12小時；步驟3 步驟2結(jié)束后，過濾，并將過濾得到的固體產(chǎn)物用蒸餾水和乙醇多次淋洗，產(chǎn)物在50°C下干燥8小時，即得到黃色的Bi12O17Cl215實(shí)施例3高效Bi12O17Cl2可見光催化劑制備，制備步驟為步驟1 在25毫升的反應(yīng)釜中加入五水硝酸鉍和氯化鉀，加入15毫升蒸餾水，配成混合溶液，其中五水硝酸鉍的量為0.1摩爾/升，氯化鉀的量為0. 1摩爾/升，五水硝酸鉍和氯化鉀的摩爾比等于1 ；步驟2 在步驟1的混合溶液室溫攪拌10分鐘，然后用1摩爾/升的氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液的PH值為12. 7，攪拌10分鐘，然后將混合溶液進(jìn)行水熱處理，處理溫度為160°C，恒溫對小時；步驟3:步驟2結(jié)束后，過濾，并將過濾得到的固體產(chǎn)物用蒸餾水和乙醇分別淋洗3次，產(chǎn)物在50°C下干燥8小時，即得到黃色的Bi12O17Cl215實(shí)施例4Bi12O17Cl2可見光催化劑制備，制備步驟依次為步驟1 在25毫升的反應(yīng)釜中加入五水硝酸鉍和氯化鉀，加入15毫升蒸餾水，配成混合溶液，其中五水硝酸鉍的量為0. 075摩爾/升，氯化鉀的量為0. 075摩爾/升，五水硝酸鉍和氯化鉀的摩爾比等于1 ；步驟2 在步驟1的混合溶液室溫攪拌10分鐘，然后用1摩爾/升的氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液的PH值為13，攪拌10分鐘，然后將混合溶液進(jìn)行水熱處理，處理溫度為180°C，恒溫18小時；步驟3 步驟2結(jié)束后，過濾，并將過濾得到的固體產(chǎn)物用蒸餾水和乙醇分別淋洗3次，產(chǎn)物在50°C下干燥8小時，即得到黃色的Bi12O17Cl215實(shí)施例1-4合成的Bi12O17Cl2的XRD圖譜如圖1，圖中圖譜對應(yīng)于Bi12O17Cl2 (JCPDSNo. 37-702)。制備的 Bi12O17Cl2 的 TEM 圖如圖 2，從圖中可以看出該Bi12O17Cl2是由長度為幾百納米，寬度為幾百納米的納米片組成的。所制備Bi12O17Cl2的紫外漫反射光譜如圖3，從圖中可以看出，所制備的Bi12O17Cl2從紫外光區(qū)到可見光區(qū)都有很強(qiáng)的吸收，最大吸收邊緣在515nm?？梢姽庹丈湎滤苽銪i12O17Cl2對于PCP的降解曲線見圖4?？梢钥闯?，本發(fā)明所制備的Bi12O17Cl2,相較于德固賽公司生產(chǎn)的二氧化鈦(P25)，我們所制備的Bi12O17Cl2具有更好的可見光降解活性，在可見光照光下，45分鐘內(nèi)可實(shí)現(xiàn)對污染物接近100%的降解。
權(quán)利要求
1.一種氯氧鉍可見光催化劑，其特征在于，它為Bi12O17Cl2,是長度為幾百納米，寬度為幾百納米的納米片，它在可見光照射下，45分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)污染物五氯苯酚大于99. 5%接近100%降解。
2.Bi12O17Cl2可見光催化劑的制備方法，其特征在于，采用水熱法，制備步驟依次為步驟1 在反應(yīng)釜中加入五水硝酸鉍和氯化鉀溶解在水中得混合溶液，其中五水硝酸鉍的量為0. 05 0. 1摩爾/升，氯化鉀的量為0. 05 0. 1摩爾/升，五水硝酸鉍和氯化鉀摩爾比為1:1;步驟2 在步驟1的混合溶液室溫攪拌10分鐘，然后用濃度1摩爾/升的氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)混合溶液的PH值為12. 5 13，攪拌10分鐘，然后將混合溶液進(jìn)行水熱處理，處理溫度為160 180°C，恒溫12 24小時；步驟3 步驟2結(jié)束后，過濾，并將過濾得到的固體產(chǎn)物用蒸餾水和乙醇分別淋洗3次以上，然后將產(chǎn)物在50°C下干燥8小時，即得到黃色的Bi12O17Cl2固體粉末，其Bi12O17Cl2是長度為幾百納米，寬度為幾百納米的納米片。
全文摘要
本發(fā)明提供了可見光光催化劑Bi12O17Cl2及其制備方法。制備方法是將五水硝酸鉍和氯化鉀溶解在水中配成混合溶液，其中五水硝酸鉍和氯化鉀摩爾比為1∶1，調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為12.5～13，然后溶液經(jīng)過160-180℃水熱處理后對得到固體產(chǎn)物進(jìn)行洗滌和干燥，最終得到了Bi12O17Cl2產(chǎn)品，其產(chǎn)品Bi12O17Cl2是長度為幾百納米，寬度為幾百納米的納米片。它在可見光照射下，45分鐘內(nèi)可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)污染物五氯苯酚大于99.5％接近100％降解。該方法合成路線簡單，整個工藝過程容易控制，原料易得，成本低，產(chǎn)率高達(dá)90％，適合于工業(yè)上大批量生產(chǎn)。
文檔編號B01J27/06GK102553620SQ20111044432
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者張禮知, 肖小意 申請人:華中師范大學(xué)