具有微觀分級結構的花狀磷酸鉍光催化劑的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于磷酸鉍光催化劑的合成技術領域，具體涉及一種具有微觀分級結構的花狀磷酸鉍光催化劑的制備方法。
【背景技術】
[0002]光催化降解污染物作為一項高級氧化技術，用于環(huán)境修復極具應用前景，也得到了越來越多的關注。而光催化劑是這項技術的核心，在眾多的半導體光催化劑中，T12由于其生物惰性、強氧化性、低成本高效率、耐光腐蝕和化學腐蝕性以及強穩(wěn)定性等特點被認為是最適合用于環(huán)境污染治理的光催化劑。但1102仍有一些自身難以克服的缺點，如太陽光利用率低、光生空穴-電子的復合率高和分離回收困難等。因此，開發(fā)新型的光催化劑成為光催化領域的一個重要研宄方向。
[0003]近年來對BiPO4*催化活性的研宄逐漸增多，BiPO 4表現(xiàn)出很高的紫外光催化活性。光催化劑的晶相結構和形貌尺寸是影響其紫外光催化活性的主要因素，而催化劑的晶相結構和形貌尺寸又與其合成方法和制備條件有著密不可分的關系。通常合成BiPO4的方法有共沉淀法、水熱法和固相法等，因BiPO4很容易形成塊狀以及棒狀，這些常規(guī)方法對于改變BiPO4的形貌和尺寸比較困難。溶劑熱法或常用的有機物誘導法可以制備出具有一定形貌的光催化劑，但由于過程使用有機溶劑或有毒有害的有機試劑，增加制備成本，還會給環(huán)境帶來壓力，因此尋找一種簡單、易操作且環(huán)境友好的方法合成形貌特殊并且活性較高的磷酸鉍光催化劑具有重要意義。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明解決的技術問題是提供了一種具有微觀分級結構的花狀磷酸鉍光催化劑的制備方法，該方法簡單易行且環(huán)境友好，所得的磷酸鉍光催化劑具有較高的光催化活性。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術問題采用如下技術方案，具有微觀分級結構的花狀磷酸鉍光催化劑的制備方法，其特征在于具體步驟為:(1)將抗壞血酸溶于摩爾濃度為lmol/L的硝酸溶液中，攪拌混合均勻后加入五水合硝酸鉍，繼續(xù)攪拌2h得到混合溶液，其中抗壞血酸與五水合硝酸鉍的摩爾比為1-4:1 ; (2)向步驟(I)得到的混合溶液中加入與五水合硝酸鉍等摩爾的可溶性磷酸鹽，攪拌混合均勻，然后用氨水調節(jié)反應體系的PH為1-7，繼續(xù)攪拌
0.5h ; (3)轉入水熱反應釜中于140-200°C水熱反應4_24h，離心分離，洗滌，60°C真空干燥12h，然后于600°C煅燒3h得到由平均直徑為20-120nm的納米柱組成且具有微觀分級結構的花狀磷酸鉍光催化劑。
[0006]進一步限定，所述的可溶性磷酸鹽為磷酸二氫鈉、磷酸二氫銨、磷酸氫二鈉、磷酸氫二銨、磷酸鈉或磷酸銨。
[0007]進一步限定，所述的納米柱是由平均直徑為1nm的納米棒組成的。
[0008]本發(fā)明與采用其它方法制備的磷酸鉍光催化劑相比具有以下優(yōu)點:
(I)本發(fā)明簡單易行，可操作性強且成本低廉；(2)本發(fā)明在水溶液中以抗壞血酸作基質合成了特殊形貌的磷酸鉍光催化劑，避免了有機溶劑的使用，同時也避免了添加有毒有害的有機基質來調變產物的形貌，因而是一種環(huán)境友好的合成方法；(3)本發(fā)明制備的磷酸鉍光催化劑具有較高的光催化活性，高于普通水熱法制備的磷酸鉍光催化劑。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明實施例1制得的磷酸鉍光催化劑的場發(fā)射掃描電鏡圖，圖2是本發(fā)明實施例1制得的磷酸鉍光催化劑I與普通沉淀法合成的磷酸鉍光催化劑對羅丹明B降解率的對比曲線。
【具體實施方式】
[0010]以下通過實施例對本發(fā)明的上述內容做進一步詳細說明，但不應該將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本發(fā)明上述內容實現(xiàn)的技術均屬于本發(fā)明的范圍。
[0011]實施例1
取抗壞血酸(VC) 3mmol溶于50ml的硝酸溶液(lmol/L)中，攪拌混合均勾后，加入3mmol五水合硝酸秘，繼續(xù)攪拌2h得到混合溶液；再加入3mmol磷酸二氫鈉，攪拌0.5h，然后以氨水調節(jié)pH為1，繼續(xù)攪拌0.5h ;轉入80ml高溫水熱反應釜內，180 °C水熱反應24h，離心分離，洗滌，60°C真空干燥12h，然后于600°C煅燒3h得到磷酸鉍光催化劑1，其微觀結構是由平均直徑為20-120nm的納米柱組成且具有微觀分級結構的花狀磷酸鉍光催化劑，其中納米柱又是由平均直徑1nm的納米棒組成的，如圖1所示。
[0012]實施例2
取抗壞血酸(VC) 12mmol溶于50ml的硝酸溶液(lmol/L)中，攪拌混合均勾后，加入3mmol五水合硝酸秘，繼續(xù)攪拌2h得到混合溶液；再加入3mmol磷酸二氫錢，攪拌0.5h，然后以氨水調節(jié)PH為4，繼續(xù)攪拌0.5h ;轉入80ml高溫水熱反應釜內，160 °C水熱反應12h，離心分離，洗滌，60°C真空干燥12h，然后于600°C煅燒3h得到具有微觀分級結構的花狀磷酸鉍光催化劑2。
[0013]實施例3
取抗壞血酸(VC) 6mmol溶于50ml的硝酸溶液(lmol/L)中，攪拌混合均勾后，加入3mmol五水合硝酸秘，繼續(xù)攪拌2h得到混合溶液；再加入3mmol磷酸氫二鈉，攪拌0.5h，然后以氨水調節(jié)PH為7，繼續(xù)攪拌0.5h ;轉入80ml高溫水熱反應釜內，140 °C水熱反應24h，離心分離，洗滌，60°C真空干燥12h，然后于600°C煅燒3h得到具有微觀分級結構的花狀磷酸鉍光催化劑3。
[0014]實施例4
取抗壞血酸(VC) 6mmol溶于50ml的硝酸溶液(lmol/L)中，攪拌混合均勾后，加入3mmol五水合硝酸秘，繼續(xù)攪拌2h得到混合溶液；再加入3mmol磷酸氫二錢，攪拌0.5h，然后以氨水調節(jié)pH為3，繼續(xù)攪拌0.5h ;轉入80ml高溫水熱反應釜內，200°C水熱反應4h，離心分離，洗滌，60°C真空干燥12h，然后于600°C煅燒3h得到具有微觀分級結構的花狀磷酸鉍光催化劑4。
[0015]實施例5 取抗壞血酸(VC) 3mmol溶于50ml的硝酸溶液(lmol/L)中，攪拌混合均勾后，加入3mmol五水合硝酸秘，繼續(xù)攪拌2h得到混合溶液；再加入3mmol磷酸鈉，攪拌0.5h，然后以氨水調節(jié)pH為7，繼續(xù)攪拌0.5h ;轉入80ml高溫水熱反應釜內，180°C水熱反應12h，離心分離，洗滌，60°C真空干燥12h，然后于600°C煅燒3h得到具有微觀分級結構的花狀磷酸鉍光催化劑5。
[0016]實施例6
取抗壞血酸(VC) 12mmol溶于50ml的硝酸溶液(lmol/L)中，攪拌混合均勾后，加入3mmol五水合硝酸秘，繼續(xù)攪拌2h得到混合溶液；再加入3mmol磷酸錢，攪拌0.5h，然后以氨水調節(jié)pH為1，繼續(xù)攪拌0.5h ;轉入80ml高溫水熱反應釜內，180°C水熱反應12h，離心分離，洗滌，60°C真空干燥12h，然后于600°C煅燒3h得到具有微觀分級結構的花狀磷酸鉍光催化劑6。
[0017]實施例7
本實施例所用的BiPO4S實施例1所制備的磷酸鉍光催化劑I。為了進行對比，分別取等量(0.1g)的磷酸鉍光催化劑I和普通水熱法制得的BiPO4，加入到200mL質量濃度為5mg/L的羅丹明B (RhB)溶液中，超聲15min后轉移至光催化反應玻璃反應器中，在避光處攪拌30min以達到吸附脫附平衡。采用125W的高壓汞燈作為光源，然后以80ml/min的速度通入空氣，開燈并持續(xù)攪拌，每間隔一定時間取樣一次，離心分離，取其上清液用722型紫外可見分光光度計(λ=554ηπι)測定羅丹明B的剩余濃度。這兩種光催化劑降解羅丹明B的曲線如圖2所示，從該圖可以看出，在相同的降解時間內，磷酸鉍光催化劑I對羅丹明B的降解速度明顯高于普通水熱法制備的BiP04。同樣，經過光催化降解實驗表明實施例2-6制得的磷酸鉍光催化劑對羅丹明B的降解率明顯高于普通水熱法制得的BiPO4,因此，實施例2-6制備的磷酸鉍光催化劑的光催化活性高于普通水熱法制得的BiP04。
[0018]以上實施例描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明原理的范圍下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進均落入本發(fā)明保護的范圍內。
【主權項】
1.具有微觀分級結構的花狀磷酸鉍光催化劑的制備方法，其特征在于具體步驟為:(I)將抗壞血酸溶于摩爾濃度為lmol/L的硝酸溶液中，攪拌混合均勻后加入五水合硝酸鉍，繼續(xù)攪拌2h得到混合溶液，其中抗壞血酸與五水合硝酸鉍的摩爾比為1-4:1 ; (2)向步驟(I)得到的混合溶液中加入與五水合硝酸鉍等摩爾的可溶性磷酸鹽，攪拌混合均勻，然后用氨水調節(jié)反應體系的pH為1-7，繼續(xù)攪拌0.5h ;(3)轉入水熱反應釜中于140-200°C水熱反應4-24h，離心分離，洗滌，60°C真空干燥12h，然后于600°C煅燒3h得到由平均直徑為20-120nm的納米柱組成且具有微觀分級結構的花狀磷酸鉍光催化劑。2.根據權利要求1所述的具有微觀分級結構的花狀磷酸鉍光催化劑的制備方法，其特征在于:所述的可溶性磷酸鹽為磷酸二氫鈉、磷酸二氫銨、磷酸氫二鈉、磷酸氫二銨、磷酸鈉或磷酸銨。3.根據權利要求1所述的具有微觀分級結構的花狀磷酸鉍光催化劑的制備方法，其特征在于:所述的納米柱是由平均直徑為1nm的納米棒組成的。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有微觀分級結構的花狀磷酸鉍光催化劑的制備方法，具體步驟為：將抗壞血酸溶于摩爾濃度為1mol/L的硝酸溶液中，攪拌混合均勻后加入五水合硝酸鉍，繼續(xù)攪拌2h得到混合溶液；向上述得到的混合溶液中加入與五水合硝酸鉍等摩爾的可溶性磷酸鹽，攪拌混合均勻，然后用氨水調節(jié)反應體系的pH為1-7，繼續(xù)攪拌0.5h；轉入水熱反應釜中于140-200℃水熱反應4-24h，離心分離，洗滌，60℃真空干燥12h，然后于600℃煅燒3h得到由平均直徑為20-120nm的納米柱組成且具有微觀分級結構的花狀磷酸鉍光催化劑。本發(fā)明反應條件溫和，簡單易行，可操作性強且成本低廉，制得的磷酸鉍光催化劑具有較高的光催化活性。
【IPC分類】B01J27/186
【公開號】CN104888820
【申請?zhí)枴緾N201510260219
【發(fā)明人】邢新艷, 任曉倩, 馬玉雪, 李靜, 楊林, 席國喜
【申請人】河南師范大學
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年5月21日