專利名稱：一種花球狀微納薄膜光催化材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一種花球狀微納薄膜光催化材料的制備方法，具體涉及一種花球狀微納 BiOCl薄膜光催化材料的制備方法及應(yīng)用，屬于環(huán)境化工光催化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
最近，氯氧鉍(BiOCl)作為一種有良好光催化活性的半導(dǎo)體光催化材料，受到研究者們的高度關(guān)注，在有機(jī)污染物的光催化處理領(lǐng)域有廣闊的發(fā)展前景。通常研究者主要采用水解法或溶劑熱法制備片狀或微球狀BiOCl粉末催化劑。清華大學(xué)采用NaBiO3轉(zhuǎn)化水解法制備了 BiOX(X = Cl、Br、I)系列粉末光催化劑，并以PCP-Na為目標(biāo)降解物考察了三種光催化劑在氙燈下的催化活性(Catalysis Communications, 2010,11 :460-464 ；Catalysis Communications, 2009,10 :1957-1961)。太原理工大學(xué)利用BiCl3和BiBr3為原料采用水解法制得了 BiOCl 及 BiOCl/BiOBr 復(fù)合光催化劑(CN101879455A ；CN102068998A)。上海第二工業(yè)大學(xué)采用BiCl3· 5H20為原料以乙二醇為溶劑，采用溶劑熱法制備了微球狀BiOC粉末 (CrystEngComm, 2010,12 :3791-3796)。華東理工大學(xué)以 Bi (NO3) 3 · 5H20 和 CTAC 分別為鉍源和氯源，采用溶劑熱法在含聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜中制備了微球狀BiOCl粉末 (Journal of Photochemistry and Photobiology A :Chemistry 215(2010)76-80)。也有研究者采用物理氣相沉積和化學(xué)氧化法制備BiOCl薄膜(CN1017M839A)?，F(xiàn)有的制備方法絕大多數(shù)都是研究粉末催化劑的制備，粉末催化劑具有比表面大、反應(yīng)速率高、容易制得等特點(diǎn)，但存在分散性不佳、與溶液難分離、難回收等致命缺點(diǎn)，特別是對于具有微納結(jié)構(gòu)的細(xì)小顆粒；而將催化劑固定化制成微納結(jié)構(gòu)的薄膜，不僅保留了催化劑的微小尺度，更有利于固液分離以及重復(fù)利用，并且不僅局限于處理水中有機(jī)污染物，而且可拓展至處理空氣中的有機(jī)污染物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一種花球狀微納薄膜光催化材料的制備方法的目的在于提供一種氯氧鉍光催化劑的固定化方法，制備一種花球狀微納BiOCl薄膜光催化材料，克服粉末狀光催化劑難回收再利用的缺點(diǎn)，并將其應(yīng)用于水中有機(jī)物的處理中。該方法以三氯化鉍為原料，醇為溶劑，氨水為PH值調(diào)節(jié)劑，制備前驅(qū)液，然后將前驅(qū)液涂覆在基體上，經(jīng)干燥、洗滌操作， 于常溫常壓下制備出了花球狀微納BiOCl薄膜，實(shí)現(xiàn)了微小催化劑顆粒的固定化且保留了其大的比表面積，故提高了光催化氧化處理水中有機(jī)物的能力。所用原料常見易得、反應(yīng)條件無需高溫高壓、操作簡單、安全、易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。將所制薄膜用于降解水中有機(jī)物研究中，在紫外光下有良好的光催化活性，薄膜性能穩(wěn)定，可重復(fù)使用。本發(fā)明一種花球狀微納薄膜光催化材料的制備方法，其特征在于是以三氯化鉍為原料，醇為溶劑，氨水為PH值調(diào)節(jié)劑，采用醇解方法制備前驅(qū)液，然后將前驅(qū)液涂覆在鈦板基體上，經(jīng)烘干、洗滌即制成花球狀微納BiOCl薄膜光催化材料，具體步驟如下I、稱取0. 2 1克分析純BiCl3放置于10 50mL醇溶劑中，加熱至40 80°C，攪拌使其溶解；II、采用25% 的氨水調(diào)節(jié)溶液pH值至7 9，反應(yīng)1 2小時，制得白色乳狀液，即為前驅(qū)液；III、將步驟II中制得的前驅(qū)液涂覆在表面清潔干凈的鈦板基體上，之后放置于 75 80°C烘箱中烘干，然后再涂覆、烘干5 30次，最后放置于75 80°C烘箱中再烘干 2 池，取出用蒸餾水浸泡清洗，即制得由直徑為1 2μπι，納米片組裝而成的花球構(gòu)成的花球狀(如圖2所示)微納BiOCl薄膜(如圖1所示)，該薄膜光催化材料應(yīng)用于水中有機(jī)物的光催化氧化處理中，特別是水中微量有毒有害難降解有機(jī)物的處理中，所用光源為波長365nm紫外光，反應(yīng)條件為常溫常壓，所制BiOCl薄膜光催化材料放置于有機(jī)水溶液中正對光源，從反應(yīng)器底部鼓入空氣。上述的一種花球狀微納BiOCl薄膜光催化材料的制備方法，其特征在于所述的醇
溶劑為乙二醇或者乙醇或者丙二醇。本發(fā)明一種花球狀微納薄膜光催化材料的制備方法的優(yōu)點(diǎn)為1)實(shí)現(xiàn)了微納尺寸BiOCl的固定化，方便固液分離及催化劑的回收利用，以及既方便應(yīng)用于水中有機(jī)污染物的降解也方便應(yīng)用于空氣中有機(jī)污染物的降解；2)反應(yīng)條件溫和，無需使用高溫高壓和特制的反應(yīng)釜，采用簡單易行的方法即可制得花球狀微納BiOCl薄膜光催化材料；3)所制BiOCl薄膜光催化材料具有花球狀納米/微米的空間結(jié)構(gòu)，比表面積較大；4)所制BiOCl薄膜光催化材料在紫外光下具有良好且穩(wěn)定的光催化活性(如圖3 所示)，且有較長的壽命；5)所制BiOCl薄膜光催化材料方便實(shí)現(xiàn)外加微小電場控制，從而可實(shí)現(xiàn)采用光電催化的方法降解有機(jī)污染物。


圖1為本發(fā)明實(shí)施方式1制備的花球狀納米/圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施方式1制備的花球狀納米/圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施方式1制備的花球狀納米外-可見漫反射圖譜。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的技術(shù)方案更加清楚明白，下面將用實(shí)施方式具體給予詳細(xì)說明， 但本發(fā)明的內(nèi)容不只局限于所列舉的實(shí)施方式的范圍。實(shí)施方式11)稱取0. 2克分析純BiCl3將其放置于IOmL乙二醇中，加熱至60°C，攪拌使其溶解；2)采用25% 的氨水調(diào)節(jié)溶液pH值至9，反應(yīng)1小時，制得白色乳狀液，即為
丨微米BiOCl薄膜光催化材料的XRD ‘微米BiOCl薄膜光催化材料的SEM /微米BiOCl薄膜光催化材料的紫前驅(qū)液；3)將步驟幻中制得的前驅(qū)液涂覆在表面清潔干凈的鈦板基體上，之后放置于 80°C烘箱中烘干，然后再重復(fù)涂覆、烘干30次，最后放置于80°C烘箱中再烘干3h，取出用蒸餾水浸泡清洗，即制得花球狀微納BiOCl薄膜光催化材料。將所制薄膜用于光催化降解水中甲基橙，反應(yīng)條件為常溫常壓，10mg/L的甲基橙水溶液50mL，取所制薄膜lcmX6cm作為光催化劑，從反應(yīng)器底部鼓入空氣，每間隔一定時間取樣分析，用紫外-可見分光光度法測量甲基橙的轉(zhuǎn)化率。在紫外光下，150min內(nèi)對甲基橙的降解率可接近100%，重復(fù)使用4次之后，150min內(nèi)對甲基橙的降解率仍大于90%。實(shí)施方式21)稱取0. 4克分析純BiCl3將其放置于20mL乙二醇中，加熱至80°C，攪拌使其溶解；2)采用25%- %的氨水調(diào)節(jié)溶液pH值至7，反應(yīng)1.5小時，制得白色乳狀液，即為前驅(qū)液；3)將步驟幻中制得的前驅(qū)液涂覆在表面清潔干凈的鈦板基體上，之后放置于 75°C烘箱中烘干，然后再重復(fù)涂覆、烘干15次，最后放置于75°C烘箱中再烘干池，取出用蒸餾水浸泡清洗，即制得花球狀微納BiOCl薄膜光催化材料。將所制薄膜用于光催化降解水中甲基橙，反應(yīng)條件為常溫常壓，10mg/L的甲基橙水溶液50mL，取所制薄膜lcmX6cm作為光催化劑，從反應(yīng)器底部鼓入空氣，每間隔一定時間取樣分析，用紫外-可見分光光度法測量甲基橙的轉(zhuǎn)化率。在紫外光下，150min內(nèi)對甲基橙的降解率可達(dá)95%，重復(fù)使用4次之后，150min內(nèi)對甲基橙的降解率仍大于90%。實(shí)施方式31)稱取0. 8克分析純BiCl3將其放置于40mL丙二醇中，加熱至80°C，攪拌使其溶解。2)采用氨水調(diào)節(jié)溶液pH值至7，反應(yīng)2小時，制得白色乳狀液。3)將步驟2)中制得的乳狀液涂刷至表面清潔干凈的基體上，涂刷25次，每次涂刷完畢后放于80°C烘箱中烘干再繼續(xù)涂刷。將前驅(qū)液全部涂制基體上后，再烘干2.證，浸泡清洗，制得花球狀微納BiOCl薄膜光催化材料。將所制薄膜用于光催化降解水中甲基橙，反應(yīng)條件為常溫常壓，10mg/L的甲基橙水溶液50mL，取所制薄膜lcmX6cm作為光催化劑，從反應(yīng)器底部鼓入空氣，每間隔一定時間取樣分析，用紫外-可見分光光度法測量甲基橙的轉(zhuǎn)化率。在紫外光下，150min內(nèi)對甲基橙的降解率可達(dá)95%以上，重復(fù)利用3次降解率仍可達(dá)90%。實(shí)施方式41)稱取1克分析純BiCl3將其放置于50mL乙醇中，加熱至40°C，攪拌使其溶解；2)采用25%- %的氨水調(diào)節(jié)溶液pH值至9，反應(yīng)1.5小時，制得白色乳狀液，即為前驅(qū)液；3)將步驟幻中制得的前驅(qū)液涂覆在表面清潔干凈的鈦板基體上，之后放置于 80°C烘箱中烘干，然后再重復(fù)涂覆、烘干15次，最后放置于80°C烘箱中再烘干3h，取出用蒸餾水浸泡清洗，即制得花球狀微納BiOCl薄膜光催化材料。將所制薄膜用于光催化降解水中甲基橙，反應(yīng)條件為常溫常壓，10mg/L的甲基橙水溶液50mL，取所制薄膜lcmX6cm作為光催化劑，從反應(yīng)器底部鼓入空氣，每間隔一定時間取樣分析，用紫外-可見分光光度法測量甲基橙的轉(zhuǎn)化率。在紫外光下，150min內(nèi)對甲基橙的降解率可達(dá)95%，重復(fù)使用3次之后，150min內(nèi)對甲基橙的降解率仍大于90%。
權(quán)利要求
1. 一種花球狀微納薄膜光催化材料的制備方法，其特征在于是以三氯化鉍為原料，醇為溶劑，氨水為PH值調(diào)節(jié)劑，采用醇解方法制備前驅(qū)液，然后將前驅(qū)液涂覆在鈦板基體上， 經(jīng)烘干、洗滌即制成花球狀微納BiOCl薄膜光催化材料，具體步驟如下1、稱取0.2 1克分析純BiCl3放置于10 50mL醇溶劑中，加熱至40 80°C，攪拌使其溶解；II、采用25% 的氨水調(diào)節(jié)溶液pH值至7 9，反應(yīng)1 2小時，制得白色乳狀液，即為前驅(qū)液；III、將步驟II中制得的前驅(qū)液涂覆在表面清潔干凈的鈦板基體上，之后放置于75 80°C烘箱中烘干，然后再涂覆、烘干5 30次，最后放置于75 80°C烘箱中再烘干2 3h， 取出用蒸餾水浸泡清洗，即制得由直徑為1 2 μ m，納米片組裝而成的花球構(gòu)成的花球狀微納BiOCl薄膜，該薄膜光催化材料應(yīng)用于水中有機(jī)物的光催化氧化處理中，特別是水中微量有毒有害難降解有機(jī)物的處理中，所用光源為波長365nm紫外光，反應(yīng)條件為常溫常壓，所制BiOCl薄膜光催化材料放置于有機(jī)水溶液中正對光源，從反應(yīng)器底部鼓入空氣。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種花球狀微納BiOCl薄膜光催化材料的制備方法，其特征在于所述的醇溶劑為乙二醇、乙醇或者丙二醇。
全文摘要
一種花球狀微納薄膜光催化材料的制備方法，屬于環(huán)境化工光催化水處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用醇解和涂覆相結(jié)合的方法在鈦板基體上制備BiOCl薄膜，首先以BiCl3為原料，醇類為溶劑，經(jīng)用氨水調(diào)節(jié)pH值，控制反應(yīng)溫度在40-80℃及反應(yīng)時間1-2小時，制備前驅(qū)液；然后將前驅(qū)液涂覆在鈦板基體上，經(jīng)烘干，洗滌即制得由直徑為1～2μm，納米片組裝而成的花球構(gòu)成的花球狀微納BiOCl薄膜光催化材料。該方法制備工藝簡單，條件溫和，操作周期短，便于實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，且制成的薄膜具有獨(dú)特的空間形貌和良好的光催化活性，適合應(yīng)用于光催化降解水中或空氣中的有機(jī)污染物。
文檔編號C02F1/74GK102513133SQ20111034241
公開日2012年6月27日 申請日期2011年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月26日
發(fā)明者丁光月, 侯紅串, 劉曉霞, 張小超, 李雙志, 梁鎮(zhèn)海, 樊彩梅, 王雅文, 王韻芳 申請人:太原理工大學(xué)