一種鈦酸鉍-氧化鈦異質(zhì)結(jié)納米材料的制備方法及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種鈦酸鉍-氧化鈦異質(zhì)結(jié)納米材料的制備方法，以及利用該鈦酸鉍-氧化鈦異質(zhì)結(jié)納米材料制備膜電極用于光電催化處理壓載水中的細(xì)菌的方法，采用本發(fā)明的工藝制備鈦酸鉍-氧化鈦異質(zhì)結(jié)納米材料，合成溫度低，制備工藝簡(jiǎn)單；應(yīng)用鈦酸鉍-氧化鈦異質(zhì)結(jié)納米材料制備膜電極，制備方法簡(jiǎn)單，膜電極穩(wěn)定性較好，并且電極可重復(fù)使用；利用光電催化技術(shù)將膜電極應(yīng)用于壓載水滅菌領(lǐng)域，設(shè)備簡(jiǎn)單，除菌時(shí)間短、效率高，所需外加電壓小，有利于船舶的壓載操作；且滅菌處理能耗低、工藝簡(jiǎn)單，規(guī)?？煽?，無(wú)二次污染。
【專利說(shuō)明】一種鈦酸鉍-氧化鈦異質(zhì)結(jié)納米材料的制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種異質(zhì)結(jié)的制備方法及其應(yīng)用，尤其涉及一種鈦酸鉍-氧化鈦異質(zhì)結(jié)納米材料的制備方法，以及將該材料制成膜電極應(yīng)用于壓載水除菌的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]壓載水是指船舶在航運(yùn)過(guò)程中為了保持船體的平衡和保證航行的安全，在船舶底部以及邊艙中裝滿的水。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的航運(yùn)，壓載水中攜帶了很多海洋微生物，同時(shí)，密閉環(huán)境下壓載水可能滋生一些細(xì)菌。為了避免外來(lái)海洋生物入侵，國(guó)際公約規(guī)定含有較多細(xì)菌和微生物的水在異地不允許排放。因此，壓載水的處理已經(jīng)引起了人們的廣泛關(guān)注。
[0003]目前對(duì)壓載水的處理方法一般可分為機(jī)械法:包括沉淀、過(guò)濾、浮選和氣旋分離等；物理法:包括紫外線輻射、超聲波和加熱等；化學(xué)方法:包括臭氧、氯氣和過(guò)氧化氫等強(qiáng)氧化性藥劑處理。機(jī)械處理法特別是過(guò)濾法雖然被認(rèn)為是一種對(duì)環(huán)境危害最小的壓載水處理法，但很難用于處理大量的壓載水，對(duì)細(xì)菌的去除效果也有限，通常將其作為其他處理方法的預(yù)處理方法。通過(guò)加熱和紫外照射等物理法雖然對(duì)去除壓載水中的細(xì)菌有一些效果，但也會(huì)產(chǎn)生副作用。如海水加熱產(chǎn)生的鹽使船艙的腐蝕加重；紫外照射法不能殺死所有有害水生物。化學(xué)法所使用的藥品(如 臭氧和氯氣)可能加快壓載艙的腐蝕。目前還沒(méi)有一種單一的方法能處理壓載水中非本土生物?，F(xiàn)有的技術(shù)還不能滿足國(guó)際海事組織提出的安全、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、有效且環(huán)境容許的要求。另外，由于壓載水中生物的多樣性以及在艙內(nèi)滯留時(shí)間的不同使得壓載水的處理更加復(fù)雜，而壓載操作時(shí)壓載水的高流速、大流量，又要求滅菌處理技術(shù)快速高效。
[0004]光電催化技術(shù)是近年來(lái)提出的一種能有效促進(jìn)光生電子和空穴分離并利用光電協(xié)同作用的增強(qiáng)型光催化氧化技術(shù)。在外加偏電壓的輔助作用下，在溶液中經(jīng)過(guò)一系列的反應(yīng)產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性能的自由基，能高效殺滅水中的細(xì)菌。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有的壓載水除菌工藝存在的缺陷，而提供一種新型鈦酸鉍-氧化鈦異質(zhì)結(jié)納米材料的制備方法及其應(yīng)用，將鈦酸鉍-氧化鈦異質(zhì)結(jié)納米材料制成膜電極采用光電催化處理壓載水中的細(xì)菌，在光電協(xié)同作用下高效快速處理壓載水中的細(xì)菌，本發(fā)明中膜電極制備工藝簡(jiǎn)單，可以重復(fù)利用，并且光電催化除菌效率高，從而更加適于實(shí)用，且具有產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值。
[0006]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的并解決其技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案:
本發(fā)明提出的一種鈦酸鉍-氧化鈦異質(zhì)結(jié)納米材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟，在丙三醇和乙醇的混合溶劑中，加入硝酸鉍固體并使其完全溶解，將鈦酸四丁酯滴加到上述溶液中，攪拌后將上述混合溶液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜放置于110~120°C恒溫烘箱中反應(yīng)18~24h后，冷卻，將反應(yīng)釜中混合物過(guò)濾烘干，并置于控溫爐中400~550°C下煅燒I~3h，冷卻后將煅燒的產(chǎn)物研磨成顆粒均勻的粉末，即為目標(biāo)產(chǎn)物。[0007]優(yōu)選地，
前述的鈦酸鉍-氧化鈦異質(zhì)結(jié)納米材料制備方法，所述硝酸鉍中所含的鉍元素與鈦酸四丁酯中所含的鈦元素摩爾比為0.1:1~0.3:1。
[0008]前述的鈦酸鉍-氧化鈦異質(zhì)結(jié)納米材料制備方法，所述鈦酸四丁酯、丙三醇和乙醇的體積比1: 4~5:11~12。 [0009]應(yīng)用前述鈦酸鉍-氧化鈦異質(zhì)結(jié)納米材料制備鈦網(wǎng)負(fù)載的鉍-鈦納米異質(zhì)結(jié)膜電極，其方法包括如下步驟，將鈦酸鉍-氧化鈦異質(zhì)結(jié)納米材料溶于聚乙烯醇溶液中制成懸浮液，將懸浮液均勻刷到鈦網(wǎng)上，干燥、冷卻后便得到鈦網(wǎng)負(fù)載的鉍-鈦納米異質(zhì)結(jié)膜電極。
[0010]前述的制備鈦網(wǎng)負(fù)載的鉍-鈦納米異質(zhì)結(jié)膜電極的方法，所述聚乙烯醇溶液的濃度為 0.6wt%。
[0011]前述的制備鈦網(wǎng)負(fù)載的鉍-鈦納米異質(zhì)結(jié)膜電極的方法，干燥采用的具體方法是將鈦網(wǎng)放入100°c烘箱中干燥0.5h。
[0012]應(yīng)用前述的鈦網(wǎng)負(fù)載的鉍-鈦納米異質(zhì)結(jié)膜電極，本發(fā)明還涉及一種光電催化法處理船舶壓載水中細(xì)菌的方法，其特征在于，所述的方法采用三電極組成光電催化反應(yīng)體系，采用鈦網(wǎng)負(fù)載的鉍-鈦納米異質(zhì)結(jié)膜電極作為工作電極，飽和甘汞電極作為參比電極，鈦電極作為輔助電極，將工作電極、參比電極和輔助電極浸入待處理壓載水中，打開(kāi)光源，使電極表面受到光的照射，外加5~10V偏電壓,光電催化反應(yīng)2~5min分解水中的細(xì)菌。
[0013]所述的方法中，可以采用紫外燈或金鹵燈為光源。
[0014]本發(fā)明的工作原理為:鉍-鈦納米異質(zhì)結(jié)是由鈦酸鉍與氧化鈦兩種不同的半導(dǎo)體復(fù)合而成，利用適當(dāng)?shù)姆椒▽⒓{米異質(zhì)結(jié)負(fù)載于導(dǎo)電材料上制成膜電極，以該膜電極為工作電極，以未負(fù)載納米材料的導(dǎo)電材料為對(duì)電極，飽和甘汞電極作為參比電極，組成三電極系統(tǒng)。當(dāng)膜電極上的納米異質(zhì)結(jié)受到能量大于其帶隙能量的光照射時(shí)，處于價(jià)帶上的電子就被激發(fā)到導(dǎo)帶上，從而使導(dǎo)帶上生成高活性電子，價(jià)帶上生成帶正電荷的空穴，形成氧化還原體系。溶解氧和水分別與電子和空穴作用，最終產(chǎn)生具有高活性和強(qiáng)氧化性的H0.自由基，將載水中的細(xì)菌和有機(jī)物分解、礦化，使處理后壓載水中的細(xì)菌達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。由于光生電子與光生空穴極易再?gòu)?fù)合，光電催化就是利用外加電場(chǎng)的陽(yáng)極，捕獲高活性電子，從而避免了光生空穴和高活性電子的再?gòu)?fù)合，將電子轉(zhuǎn)移到陰極上，空穴留在半導(dǎo)體表面，從而大大提高了光量子效率。
[0015]由窄帶隙鈦酸鉍半導(dǎo)體和寬帶隙氧化鈦半導(dǎo)體耦合形成的異質(zhì)結(jié)復(fù)合半導(dǎo)體材料不僅可以拓寬TiO2的光譜響應(yīng)范圍，使催化劑的可見(jiàn)光活性有明顯的提高；同時(shí)還可有效抑制光生電子-空穴的簡(jiǎn)單復(fù)合，提高光催化劑的滅菌能力。將鉍-鈦異質(zhì)結(jié)固定在導(dǎo)電基材上，同時(shí)也解決了催化劑固液分離問(wèn)題。
[0016]借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明鈦酸鉍-氧化鈦異質(zhì)結(jié)納米材料制備方法及其應(yīng)用至少具有下列優(yōu)點(diǎn):采用本發(fā)明的工藝制備鈦酸鉍-氧化鈦異質(zhì)結(jié)納米材料，合成溫度低，制備工藝簡(jiǎn)單；應(yīng)用鈦酸鉍-氧化鈦異質(zhì)結(jié)納米材料制備膜電極，制備方法簡(jiǎn)單，膜電極穩(wěn)定性較好，并且電極可重復(fù)使用；將膜電極應(yīng)用于壓載水滅菌領(lǐng)域，設(shè)備簡(jiǎn)單，除菌時(shí)間短、效率高，所需外加電壓小，有利于船舶的壓載操作；通過(guò)控制電極板和光源的數(shù)量控制設(shè)備的大小和處理能力，能耗低、工藝簡(jiǎn)單，規(guī)?？煽?，無(wú)二次污染。[0017]上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如后。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1所示為實(shí)施例1制備的鈦酸鉍-氧化鈦異質(zhì)結(jié)納米材料X-射線衍射圖譜； 圖2所示為實(shí)施例1制備的鈦網(wǎng)負(fù)載膜電極FE-SEM圖；
圖3所示為實(shí)施例1制備的鈦網(wǎng)負(fù)載膜電極能譜圖；
圖4所示為實(shí)施例2制備的鈦酸鉍-氧化鈦異質(zhì)結(jié)納米材料X-射線衍射圖譜；
圖5所示為實(shí)施例2制備的鈦網(wǎng)負(fù)載膜電極FE-SEM圖；
圖6所示為實(shí)施例3制備的鈦酸鉍-氧化鈦異質(zhì)結(jié)納米材料X-射線衍射圖譜；
圖7所示為本發(fā)明方法在不同實(shí)驗(yàn)條件下的壓載水滅菌效果。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的鈦酸鉍-氧化鈦異質(zhì)結(jié)納米材料制備方法及其應(yīng)用的【具體實(shí)施方式】、特征及其功效，詳細(xì)說(shuō)明如后。
[0020]采用本發(fā)明制備的鈦網(wǎng)負(fù)載的鉍-鈦納米異質(zhì)結(jié)膜電極處理壓載水中的細(xì)菌采用的實(shí)驗(yàn)裝置由反應(yīng)器(1000 mL燒杯)、光源(25W紫外燈和100W金鹵燈)和直流電源(O~30V)組成。光電催化采用三電極體系，在室溫條件下進(jìn)行。工作電極為鈦網(wǎng)載的鉍-鈦異質(zhì)結(jié)膜電極，參比電極為飽和甘汞電極(SCE)，輔助電極為同樣尺寸未負(fù)載膜的鈦片。將三電極浸入500mL模擬壓載水(模擬壓載水中的細(xì)菌濃度為IO6 CFU/mL，含鹽量為0.08g/mL)?？刂乒ぷ麟妷簽楹汶娢?，以20W紫外殺菌燈或100W金鹵燈為光源，外加5~IOV偏電壓，使電極表面受光的照射，反應(yīng)2~5min。每分鐘取樣一次，每次約10.0 mL,檢測(cè)其中的細(xì)菌含量并計(jì)算去除效果。
[0021]滅菌效果檢測(cè)方法是，首先將營(yíng)養(yǎng)瓊脂(NA)培養(yǎng)基加溫到50°C左右，加入2，3，5-三苯基氯化四氮唑(TZC)，使TZC濃度為50 Pg/mL，并且充分混勻。ImL待測(cè)水樣加入滅菌培養(yǎng)皿中，再加入30°C左右的含TZC的NA培養(yǎng)基，充分混勻，每個(gè)水樣設(shè)2個(gè)重復(fù)，之后將平板倒置于28°C培養(yǎng)箱培養(yǎng)48小時(shí)后統(tǒng)計(jì)細(xì)菌數(shù)并計(jì)算殺菌效果。
[0022]實(shí)施例1
將丙三醇和乙醇混合,攪拌至混合均勻后,加入硝酸鉍固體并使其完全溶解,將鈦酸四丁酯緩慢的滴加到混合液中，劇烈攪拌20min后，將整個(gè)混合溶液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中；其中硝酸鉍中所含的鉍元素與鈦酸四丁酯中所含的鈦元素的摩爾比為0.1:1 ;鈦酸四丁酯、丙三醇和乙醇的體積比1: 4.7:11.7。將反應(yīng)釜放置于120°C的恒溫烘箱中反應(yīng)24h ;冷卻后將釜中混合物過(guò)濾烘干并置于程序控溫爐中500°C下煅燒3h，冷卻后將煅燒的產(chǎn)物研磨成顆粒均勻的粉末，經(jīng)X射線衍射圖譜可確定所得樣品為Bi12TiO2tl與Bi4Ti3O12及TiO2混合物，如圖1所示，即鈦酸鉍-氧化鈦(Bi12TiO2tl-Bi4Ti3O12ZtiO2)異質(zhì)結(jié)納米材料。
[0023]利用粘附法制備鈦網(wǎng)負(fù)載膜電極，將鈦酸鉍-氧化鈦異質(zhì)結(jié)納米材料溶于聚乙烯醇溶液中制成懸浮液，用毛刷將懸浮液均勻刷到鈦網(wǎng)上，然后將鈦網(wǎng)放入100°c烘箱中干燥0.5h，冷卻后便得到鈦網(wǎng)負(fù)載膜電極。鈦網(wǎng)負(fù)載膜電極FE-SEM圖如圖2所示，圖3為鈦網(wǎng)負(fù)載膜電極的能譜圖，從圖譜中可知，鈦網(wǎng)負(fù)載膜電極薄膜表面粗糙且比較均勻附著在鈦網(wǎng)上。
[0024]利用該鈦網(wǎng)負(fù)載膜電極處理細(xì)菌濃度為IO6 CFU/mL的壓載水，外加9V的偏電壓，25W的紫外燈下2min可達(dá)到100%的滅菌效果。
[0025]實(shí)施例2
將丙三醇和乙醇混合,攪拌至混合均勻后,加入硝酸鉍固體并使其完全溶解,將鈦酸四丁酯緩慢的滴加到混合液中，劇烈攪拌20min后，將整個(gè)混合溶液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中；其中硝酸鉍中所含的鉍元素與鈦酸四丁酯中所含的鈦元素的摩爾比為0.2:1，鈦酸四丁酯、丙三醇和乙醇的體積比1: 4.7:11.7。將反應(yīng)釜放置于120°C的恒溫烘箱中反應(yīng)24h ;冷卻后將反應(yīng)釜中混合物過(guò)濾烘干并置于程序控溫爐中500°C下煅燒3h，冷卻后將煅燒的產(chǎn)物研磨成顆粒均勻的粉末，經(jīng)X射線衍射圖譜可確定所得樣品為Bi12TiO32與TiO2的混合物，如圖4所示，即鈦酸秘-氧化鈦(Bi12TiO32/ TiO2)異質(zhì)結(jié)納米材料。
[0026]利用粘附法制備鈦網(wǎng)負(fù)載膜電極，將鈦酸鉍-氧化鈦異質(zhì)結(jié)納米材料溶于聚乙烯醇溶液中制成懸浮液，用毛刷將懸浮液均勻刷到鈦網(wǎng)上，然后將鈦網(wǎng)放入100°c烘箱中干燥
0.5h，冷卻后便得到鈦網(wǎng)負(fù)載膜電極。圖5為該鈦網(wǎng)負(fù)載膜電極的FE-SEM圖，從圖譜中可知，電極薄膜表面粗糙且比較均勻附著在鈦網(wǎng)上。
[0027]利用該電極處理細(xì)菌濃度為IO6 CFU/mL的壓載水，外加9V的偏電壓，IOOff的金鹵燈下2min可達(dá)到100%的滅菌效果。
[0028]實(shí)施例3
將丙三醇和乙醇混合,攪拌至混合均勻后,加入硝酸鉍固體并使其完全溶解,將鈦酸四丁酯緩慢的滴加到混合液中，劇烈攪拌20min后，將整個(gè)混合溶液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中；其中硝酸鉍中所含的鉍元素與鈦酸四丁酯中所含的鈦元素的摩爾比為0.3:1，鈦酸四丁酯、丙三醇和乙醇的體積比為1:4.7:11.7。將反應(yīng)釜放置于120°C的恒溫烘箱中反應(yīng)24h ;冷卻后將釜中混合物過(guò)濾烘干并置于程序控溫爐中500°C下煅燒3h，冷卻后將煅燒的產(chǎn)物研磨成顆粒均勻的粉末，如圖6所示，經(jīng)X射線衍射圖譜可確定所得樣品為Bi12Ti032、Bi203和TiO2的混合物，即為鈦酸鉍-氧化鈦(Bi12TiO32-Bi2O3 / TiO2)異質(zhì)結(jié)納米材料。
[0029]利用粘附法制備鈦網(wǎng)負(fù)載膜電極。將鈦酸鉍-氧化鈦異質(zhì)結(jié)納米材料溶于聚乙烯醇溶液中制成懸浮液，用毛刷將懸浮液均勻刷到鈦網(wǎng)上，然后將鈦網(wǎng)放入100°c烘箱中干燥
0.5h，冷卻后便得到鈦網(wǎng)負(fù)載膜電極。
[0030]利用該電極處理細(xì)菌濃度為IO6 CFU/mL的壓載水，外加9V的偏電壓，IOOff的金鹵燈下2min可達(dá)到100%的滅菌效果。
[0031]對(duì)比例1
將丙三醇和乙醇混合，攪拌混合均勻后，將鈦酸四丁酯緩慢的滴加到混合液中，劇烈攪拌，將整個(gè)混合溶液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中；鈦酸四丁酯、丙三醇和乙醇的體積比1: 4.7:11.7。將反應(yīng)釜放置于120°C的恒溫烘箱中反應(yīng)24h ;冷卻后將釜中混合物過(guò)濾烘干并置于程序控溫爐中500°C下煅燒3h，冷卻后將煅燒的產(chǎn)物研磨成顆粒均勻的粉末，經(jīng)X射線衍射圖譜可確定所得樣品為純銳鈦礦相純Ti02。
[0032]利用粘附法制備鈦網(wǎng)負(fù)載膜電極，將純TiO2材料溶于聚乙烯醇溶液中制成懸浮液，用毛刷將懸浮液均勻刷到鈦網(wǎng)上，然后將鈦網(wǎng)放入100°C烘箱中干燥0.5h，冷卻后便得到鈦網(wǎng)負(fù)載膜電極。
[0033]實(shí)施例4
分別取上述實(shí)施例廣3中所得的鈦酸鉍-氧化鈦異質(zhì)結(jié)鈦網(wǎng)負(fù)載膜電極和對(duì)比例制備的純TiO2鈦網(wǎng)負(fù)載膜電極，利用三電極系統(tǒng)光電催化處理壓載水中的細(xì)菌，各種鈦網(wǎng)負(fù)載膜電極以及不同光源與偏電壓條件下除菌實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖7所示。其中曲線a是鈦網(wǎng)負(fù)載Bi12TiO2tl與Bi4Ti3O12-TiO2異質(zhì)結(jié)為膜電極，外加9V的偏電壓，無(wú)光照；曲線b為鈦網(wǎng)負(fù)載純TiO2為膜電極，在25W紫外光照射下，外加9V的偏電壓；曲線c為鈦網(wǎng)負(fù)載Bi12TiO2tl與扮4113012-1102異質(zhì)結(jié)為膜電極，在25W紫外光照射下，無(wú)外加偏電壓；曲線d為鈦網(wǎng)負(fù)載Bi12TiO2tl與Bi4Ti3O12-TiO2異質(zhì)結(jié)為膜電極，在25W紫外光照射下，外加9V的偏電壓；曲線e為鈦網(wǎng)負(fù)載Bi12TiO32-TiO2異質(zhì)結(jié)為膜電極，在100W金鹵燈照射下，外加9V的偏電壓；曲線f為鈦網(wǎng)負(fù)載Bi12TiO32-Bi2O3 -TiO2異質(zhì)結(jié)為膜電極，在100W金鹵燈照射下，外加9V的偏電壓。
[0034]從圖7可以發(fā)現(xiàn)下列現(xiàn)象:
(1)鈦酸鉍與氧化鈦(BixTi0y/Ti02)異質(zhì)結(jié)膜電極的光電催化滅菌效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單獨(dú)的光催化和單獨(dú)的 電催化(比較曲線a、c和d);
(2)Bi12Ti020-Bi4Ti3012/Ti02,Bi12TiO32/TiOjPBi12TiO32-Bi2O3 / TiO2 三種鈦酸鉍與氧化鈦異質(zhì)結(jié)膜電極在光電催化反應(yīng)2min后均有較高的滅菌效率(比較曲線d、e和f)；
(3)鈦酸鉍與氧化鈦異質(zhì)結(jié)膜電極的光電催化滅菌效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于純TiO2的光電催化滅菌效率(比較曲線a與d、e和f);
(4)25W的紫外光照和100W的金鹵燈模擬可見(jiàn)光照的效果基本相同。
[0035]一般認(rèn)為，TiO2受光照激發(fā)產(chǎn)生的光生電子和光生空穴在很短的時(shí)間內(nèi)復(fù)合，使其催化氧化的量子效率較低。而鈦酸鉍與氧化鈦異質(zhì)結(jié)材料光電催化活性高可能有下列幾方面的原因:其一，BixTiOy-TiO2復(fù)合材料由兩種不同禁帶半導(dǎo)體復(fù)合而成，光生載電子在不同能級(jí)半導(dǎo)體之間輸送和分離，有效抑制了電子-空穴對(duì)的復(fù)合，提高光生電子和空穴的量子效率；其二，復(fù)合膜電極中的鈦酸鉍的結(jié)構(gòu)中存在Tio6A面體或Tio4四面體，而與之相連接BiOn多面體中存在擁有6S2孤對(duì)電子對(duì)而具有立體活性的Bi3+離子，從而使其具有較低的帶隙能(約2.2~2.8 eV)，具有較好的可見(jiàn)光響應(yīng)和活性和較強(qiáng)光催化活性；其三，外加偏電壓促進(jìn)異質(zhì)結(jié)材料的光生電子-空穴對(duì)的分離；進(jìn)一步促進(jìn)光生載流子的分離，提高其量子效率。所以鈦酸鉍與氧化鈦異質(zhì)結(jié)表現(xiàn)出了較好的光電催化殺菌性能。
【權(quán)利要求】
1.一種鈦酸鉍-氧化鈦異質(zhì)結(jié)納米材料的制備方法，其特征在于:所述制備方法包括如下步驟，在丙三醇和乙醇的混合溶劑中，加入硝酸鉍固體并使其完全溶解，將鈦酸四丁酯滴加到上述溶液中，攪拌后將上述混合溶液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜放置于110~120°C恒溫烘箱中反應(yīng)18~24h后，冷卻，將反應(yīng)釜中混合物過(guò)濾烘干，并置于控溫爐中40(T550°C下煅燒I~3h，冷卻后將煅燒的產(chǎn)物研磨成顆粒均勻的粉末，即為目標(biāo)產(chǎn)物鈦酸鉍-氧化鈦異質(zhì)結(jié)納米材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦酸鉍-氧化鈦異質(zhì)結(jié)納米材料的制備方法，其特征在于:所述硝酸鉍中所含的鉍元素與鈦酸四丁酯中所含的鈦元素摩爾比為0.1:1-0.3:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦酸鉍-氧化鈦異質(zhì)結(jié)納米材料的制備方法，其特征在于:所述鈦酸四丁酯、丙三醇和乙醇的體積比1:4~5:11~12。
4.一種鈦網(wǎng)負(fù)載的鉍-鈦納米異質(zhì)結(jié)膜電極的制備方法，其特征在于:包括如下步驟，采用權(quán)利要求1所述的方法制備鈦酸鉍-氧化鈦異質(zhì)結(jié)納米材料，將所述的鈦酸鉍-氧化鈦異質(zhì)結(jié)納米材料溶于聚乙烯醇溶液中制成懸浮液，將懸浮液均勻刷到鈦網(wǎng)上，干燥、冷卻后得到所述的鈦網(wǎng)負(fù)載的鉍-鈦納米異質(zhì)結(jié)膜電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鈦網(wǎng)負(fù)載的鉍-鈦納米異質(zhì)結(jié)膜電極的制備方法，其特征在于:所述聚乙烯醇溶液的濃度為0.6 wt%。
6.一種光電催化法處理船舶壓載水中細(xì)菌的方法，其特征在于:所述的方法采用三電極組成光電催化反應(yīng)體系，采用權(quán)利要求4所述的方法制備的鈦網(wǎng)負(fù)載的鉍-鈦納米異質(zhì)結(jié)膜電極作為工作電極，飽和甘汞電極作為參比電極，鈦電極作為輔助電極，將工作電極、參比電極和輔助電極浸入待處理壓載水中，打開(kāi)光源，使電極表面受到光的照射，外加5~IOV偏電壓，光電催化反應(yīng)2~5min分解水中的細(xì)菌。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光電催化法處理船舶壓載水中細(xì)菌的方法，其特征在于:所述的方法中，采用紫外燈或金鹵燈為光源。
【文檔編號(hào)】C01G23/053GK103523823SQ201310429276
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月22日
【發(fā)明者】王玉萍, 楊維本, 任建坤 申請(qǐng)人:南京師范大學(xué)