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Bi2O2CO3-Bi(OHC2O4)·2H2O异质结,其制备方法及用途专利

专利号:201510030292.8

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专利名称:Bi2O2CO3-Bi(OHC2O4)·2H2O异质结,其制备方法及用途

技术领域:催化/胶体

IPC主分类号:B01J20/22

申请号:CN201510030292.8

公开日:2015-06-03

说明书

一种Bi2O2CO3-Bi(OHC2O4)·2H2O异质结,其制备方法及用途

技术领域

[0001] 本发明涉及纳米复合材料制备方法,具体涉及一种Bi2O2CO3-Bi(OHC2O4)·2H2O异质结,其制备方法及用途。

背景技术

[0002] 近几年,随着人口数量的不断增加,人类对地球资源的开发利用也与日俱增,从而导致可再生资源紧缺、环境污染(如水污染,大气污染等)加剧。目前污水处理方法主要有生物处理法、化学氧化法和活性炭吸附法相结合。生物处理法很难适应染料废水水质千差万别、染料种类多、毒性高的实际状况,微生物本身还存在着安全问题。化学氧化法在染料废水的处理中容易导致二次污染,运行费用相对偏高,使其广泛应用受到了较大限制。随着纳米技术的发展,人们发现,光催化技术可以成为解决当前环境污染问题的绿色途径。这项技术最大的优点在于:(i)对于传统的能量密集型处理方法,光催化技术更好的利用了太阳能。(ii)传统的处理方法是将污染物从一种中间体转换为另一种中间体,然而光催化技术是通过太阳能有效地氧化分解有机物、杀灭病菌和消除异味。(iii)光催化过程可以在各种废水处理中将大量的有毒化合物彻底的降解。可将有毒的重金属离子还原为无毒氧化态。(iv)可用于处理液相体系和气相体系,同时在某种程度上还可以应用于固相体系。(v)反应条件温和,反应时间可控,不需要化学添加剂,基本无二次污染。基于以上优点,光催化技术拥有着传统的常规催化技术和吸附技术所无法比拟的优势,是一种具有广阔应用前景的绿色环境治理技术。
[0003] 一维纳米结构(如纳米线、纳米棒、纳米管等)能够提供更高的比表面积,从而可以保证一个高的活性位密度以利于表面反应或吸附。此外,在光生电荷分离和传递的结构中,一维纳米结构有很高的电荷载流子传输速率,载流子可以沿着一维长轴方向自由移动,降低电子和空穴的复合率,减少了由于大量晶界的存在而损失光电子的可能,从而提高材料的光电性能。同时,一维结构在异质结中也可以起到骨架作用,使异质结有较大的比表面积,不仅有利于光催化活性提高,同时也提高了材料的吸附性能。然而,到目前为止,兼具优异的光催化性能和吸附性能于一身的一维纳米复合材料的合成仍具有巨大挑战。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种Bi2O2CO3-Bi(OHC2O4)·2H2O异质结,其制备方法及用途。所要解决的第一个技术问题是提供一种制备方法。所要解决的第二个技术问题是提供优异的、稳定的、可重复使用的Bi2O2CO3-Bi(OHC2O4)·2H2O异质结光催化剂。所要解决的第三个技术问题是提供高吸附量的、高效的、可重复使用的Bi2O2CO3-Bi(OHC2O4)·2H2O异质结吸附剂。具体技术方案如下:
[0005] 一种Bi2O2CO3-Bi(OHC2O4)·2H2O异质结的制备方法,包括如下步骤:
[0006] (1)将铋盐溶解在水中;
[0007] (2)将草酸钠的水溶液加入到硝酸锌溶液中;
[0008] (3)在一定温度下反应一定时间;
[0009] (4)冷却;
[0010] (5)洗涤并干燥;
[0011] (6)将适量前驱体,表面活性剂和碳酸盐溶解在一定量的水中;
[0012] (7)加入一定量的铋盐;
[0013] (8)冷却;
[0014] (9)洗涤并干燥,得到Bi2O2CO3-Bi(OHC2O4)·2H2O异质结。
[0015] 进一步地,步骤(1)中,称取2-3份铋盐加入水完全溶解。
[0016] 进一步地,步骤(2)中将1-2份草酸钠的水溶液逐滴加入到硝酸铋溶液中,混合均匀。
[0017] 进一步地,步骤(3)中在100-150℃反应30-40小时。
[0018] 进一步地,步骤(4)和(8)中,反应结束后,自然冷却至室温;和/或,步骤(5)和(9)中,产物用蒸馏水,乙醇洗涤,干燥至恒重,得到前驱体。
[0019] 进一步地,步骤(6)中,称取0.1-1份前驱体,0.1-1份表面活性剂和0.01-0.1份碳酸盐溶解在20-100ml的水中。
[0020] 进一步地,步骤(7)中再加入0.01-0.1份的铋盐,搅拌1-10h。
[0021] 进一步地,所述铋盐为氯化铋、硝酸铋、硫酸铋一种或数种的混合物;和/或,所述碳酸盐为有机、无机碳酸盐一种或数种混合。
[0022] 一种Bi2O2CO3-Bi(OHC2O4)·2H2O异质结,采用如上述方法制备得到。
[0023] 上述Bi2O2CO3-Bi(OHC2O4)·2H2O异质结的用途,用于对染料的吸附和可见光催化降解。
[0024] 与目前现有技术相比,本发明合成了一维Bi2O2CO3-Bi(OHC2O4)·2H2O异质结,其兼具催化与吸附性能于一身。该催化剂对高浓度染料罗丹明B(RhB)具有优异的可见光催化降 解作用,并具有光稳定性和重复利用性。更为重要的是,Bi2O2CO3-Bi(OHC2O4)·2H2O异质结在短时间(5分钟内)对染料罗丹明B(RhB)和亚甲基蓝(MB)表现出较好的吸附性能,对染料甲基橙(MO)表现出优异的吸附性能。40毫克的Bi2O2CO3-Bi(OHC2O4)·2H2O纳米复合材料对MO的饱和吸附量达到94mg/g。用乙醇洗涤可使MO脱附,吸附剂可重复多次使用。所述的Bi2O2CO3-Bi(OHC2O4)·2H2O异质结合成方法新颖,具有优异的可见光催化活性和较强的吸附性,将在染料污水处理方面具有实用价值。

附图说明

[0025] 图1为Bi2O2CO3-Bi(OHC2O4)·2H2O异质结的粉末衍射图(XRD);
[0026] 图2为Bi2O2CO3-Bi(OHC2O4)·2H2O异质结的电子扫描显像图(SEM);
[0027] 图3为Bi2O2CO3-Bi(OHC2O4)·2H2O异质结的透射图(TEM);
[0028] 图4为Bi2O2CO3-Bi(OHC2O4)·2H2O异质结(40mg)对RhB(20mg/L)的降解率图;
[0029] 图5为Bi2O2CO3-Bi(OHC2O4)·2H2O异质结(40mg)光催化降解罗丹明B(20mg/L)的紫外-可见光谱图;
[0030] 图6为Bi2O2CO3-Bi(OHC2O4)·2H2O异质结对罗丹明B(20mg/L)光催化降解重复利用率图;
[0031] 图7为Bi2O2CO3-Bi(OHC2O4)·2H2O异质结对罗丹明B(20mg/L)光催化降解后的粉末衍射图(XRD);
[0032] 图8为Bi2O2CO3-Bi(OHC2O4)·2H2O异质结(40mg)对不同染料(20mg/L)的吸附图。

具体实施方式

[0033] 下面根据附图对本发明进行详细描述,其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。
[0034] 在一种优选的Bi2O2CO3-Bi(OHC2O4)·2H2O异质结的制备方法中包括了如下步骤,称取铋盐(2-3g),加入水完全溶解,将草酸钠(1-2g)的水溶液逐滴加入到硝酸锌溶液中,混合均匀,在100-150℃反应30-40小时,反应结束后,自然冷却至室温,产物用蒸馏水,乙醇洗涤,干燥至恒重,得到前驱体;称取适量前驱体(0.1-1g),表面活性剂(0.1-1g)和碳酸盐(0.01-0.1g)溶解在一定量的水(20-100ml)中,再加入一定量的铋盐(0.01-0.1g),搅拌一定时间(1-10h),反应结束后,自然冷却至室温,产物用蒸馏水,乙醇洗涤,干燥至恒重,得到Bi2O2CO3-Bi(OHC2O4)·2H2O异质结。铋盐为氯化铋、硝酸铋、硫酸铋一种或数种的混合物。碳酸盐为有机、无机碳酸盐一种或数种混合。
[0035] 参照图2,A负载量最小的样品(S1),b、c依次加大负载量的样品(S2、S3),可以很明显的看出纳米片均匀地长在纳米棒上,形成均一的Bi2O2CO3-Bi(OHC2O4)·2H2O异质结。如图 5所示,在模拟太阳光照射下0.5小时内罗丹明B(20mg/L)被完全降解。如图6所示,循环5次后损失只有7%。如图7可以看出Bi2O2CO3-Bi(OHC2O4)·2H2O异质结非常稳定。如图8可以看出Bi2O2CO3-Bi(OHC2O4)·2H2O异质结对MO的吸附效果最好。经过5分钟,甲基橙(75mg/l)被完全吸附。可以看出吸附剂具有优异的重复利用性。
[0036] 上面结合附图对本发明进行了示例性描述,显然本发明具体实现并不受上述方式的限制,只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进,或未经改进直接应用于其它场合的,均在本发明的保护范围之内。

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