專利名稱：介孔Bi2O₃/TiO₂納米光催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以離子液體為模板劑制備可見光響應(yīng)的介孔Bi2OZTiO2納米光催 化劑的方法，屬于無機化學合成及光催化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，能源短缺和環(huán)境污染日益成為威脅人類生存與健康的重大問題。光催化 技術(shù)是一種以半導(dǎo)體為催化劑利用太陽能降解有機環(huán)境污染物的綠色環(huán)境治理新技術(shù)，它 直接利用太陽能，能徹底礦化各種難以生物降解的有機污染物，無二次污染，展現(xiàn)出了良好 的應(yīng)用前景。TiO2化學性能穩(wěn)定、無毒、價廉，是目前最常用的半導(dǎo)體光催化劑。但1102光 催化劑能帶較寬(Eg = 3.2 eV)，僅能被太陽光中的紫外光激發(fā)(占太陽能的3. 8 %)，不能 利用太陽光中的可見光，使得其太陽能利用率低；此外，TiO2經(jīng)光照射后產(chǎn)生的光生電子與 空穴容易重新復(fù)合，其量子效率低，不足觀％。上述的兩個致命缺陷嚴重阻礙了 TiO2的大 規(guī)模商業(yè)化推廣。通過貴金屬沉積、離子摻雜、光敏化、表面還原處理、表面螯合、超強酸酸化等方法 對TiO2進行改性可以明顯提高其量子效率、光催化活性及拓展其可見光響應(yīng)范圍。此外，通 過TiO2與其它金屬氧化物復(fù)合，也能有效改善單一半導(dǎo)體材料的光催化性能。半導(dǎo)體Bi2O3 的能隙帶為2. 8 eV，其吸收波長較長，將寬帶半導(dǎo)體TW2與Bi2O3復(fù)合時，光生電子產(chǎn)生于 Bi2O3并遷移到TiO2, —方面所需的激發(fā)光頻率降低，另一方面這種遷移有利于電荷的分離， 因此，Bi2O3-TiO2復(fù)合半導(dǎo)體表現(xiàn)出高于單個半導(dǎo)體的光催化活性。介孔結(jié)構(gòu)材料由于具有高的比表面積和大的吸附容量，從而有利于有機污染物分 子在光催化劑表面的吸附。介孔材料特有的均一規(guī)則的孔道結(jié)構(gòu)也利于反應(yīng)物和產(chǎn)物的擴 散，同時也能導(dǎo)致入射光在催化劑表面的多次漫反射，從而增加對入射光的利用率，對催化 活性的提高起到積極的作用。與介孔TiO2光催化材料的大量研究相比，目前對介孔Bi2O3/ TiO2材料的報道極少。Bian等以非離子表面活性劑P123為模板劑，采用揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝 (EISA)方法合成了有序介孔 Bi203/Ti02 (Z.F. Bian, J. Zhu, S. H. Wang, Y. Cao, Χ. F. Qian, H. Χ. Li. J. Phys. Chem. C 2008, 112，6258_6洸2)。但 EISA 法的制備條件非常 苛刻，難以實際應(yīng)用；此外，表面活性劑的毒性和揮發(fā)性對環(huán)境有不良影響，不符合綠色化 學和環(huán)境友好化學的要求。作為一種環(huán)境友好的新型反應(yīng)介質(zhì)，離子液體是近幾年備受關(guān)注的“綠色”溶劑， 已成功應(yīng)用于精細化工、有機合成和催化等領(lǐng)域。最近離子液體在無機功能材料合成中的 應(yīng)用研究得到了人們的極大關(guān)注，研究顯示離子液體對材料的形成和性質(zhì)具有特殊的影響 和作用。離子液體具有如下優(yōu)點幾乎可以忽略的蒸汽壓，較低的熔點，較寬的液態(tài)溫度范 圍，寬的電化學窗口，高的離子導(dǎo)電性，高的熱穩(wěn)定性，毒性小，非可燃性，是許多無機和有 機材料的良好溶劑等。到目前為止，在離子液體中合成介孔復(fù)合氧化物的文獻和專利尚未 見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種以離子液體為模板劑制備可見光響應(yīng)的介孔Bi203/Ti& 納米光催化劑的方法。本發(fā)明一種介孔Bi203/Ti02納米光催化劑的制備方法，其特征在于以離子液體 1-十六烷基-3-甲基溴代咪唑為模板劑并具有以下的制備過程和步驟
a.反應(yīng)混合物的制備
將一定量的鈦酸四丁酯和硝酸鉍溶解于一定量的去離子水中，于40 50°C下攪拌 30 40min ；在攪拌條件下緩慢加入一定量的離子液體1_十六烷基_3_甲基溴代咪唑(即 [C16mim]+Br1 )；用氨水調(diào)節(jié)pH至8 9 ；繼續(xù)攪拌2 3h，得到反應(yīng)混合物，它即為反應(yīng) 前驅(qū)體膠液；制備反應(yīng)混合物所用各原料的摩爾比為Bi =Ti [C16mim]+Br1 =H2O= (0. 02 0. 15) :1. 0 :(0. 2 ~ 0. 3) (180 200)；
b.水熱晶化及過濾、洗滌、干燥和煅燒
將上述制得的反應(yīng)混合物置于內(nèi)襯聚四氟乙烯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，于100 120°C下水熱晶化M 48h，晶化后的產(chǎn)物經(jīng)常規(guī)過濾、水洗，并于100°C下干燥12h ；最后 放入馬弗爐中于400 500°C下煅燒2 3h，以去除模板劑；最終得到產(chǎn)物介孔Bi203/Ti& 納米光催化劑。
本發(fā)明的優(yōu)點
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法具有以下優(yōu)點
1)由于離子液體是不揮發(fā)的綠色優(yōu)良溶劑，因此該方法是綠色環(huán)保的，可以避免環(huán)境 污染。2)制備工藝簡單。3)制備的介孔Bi203/Ti&均為納米顆粒，比表面積和孔容大，孔徑分布均一。4)該法制備的介孔Bi203/TiA光催化劑在紫外光和可見光下均具有優(yōu)良的光催 化活性。


圖1為本發(fā)明實施例一的XRD圖。圖2為本發(fā)明實施例一的隊吸附脫附等溫線和孔徑分布曲線。圖3為本發(fā)明實施例一的TEM圖。圖4為本發(fā)明實施例一、二、三和四合成的樣品的光催化性能曲線。
具體實施例方式現(xiàn)將本發(fā)明的具體實施例敘述于后。實施例1
將5. 1054g鈦酸四丁酯(TBOT)和0. 1480g Bi(NO3)3 · 5H20溶于50ml去離子水中，在 40°C下磁力攪拌30min，然后緩慢加入1. 1623g [C16mim]+Br-，用氨水調(diào)節(jié)pH至9，繼續(xù)攪 拌2 h，得到反應(yīng)混合物，反應(yīng)混合物的摩爾比為Bi: Ti: [C16mim]+Br_: H2O =0.02: 1.0 0.2 185.2。將反應(yīng)混合物置于內(nèi)襯聚四氟乙烯的不銹鋼反應(yīng)釜，于100 °C下水熱晶化 48 h，晶化后的產(chǎn)物經(jīng)過濾，水洗，并于100 °C下干燥12 h，最后在馬弗爐中于400 °C下煅 燒2 h，得到介孔Bi203/Ti02光催化劑。XRD分析結(jié)果表明，合成的樣品為單一的銳鈦礦結(jié)構(gòu)，無Bi2O3衍射峰出現(xiàn)(見圖 1)，表明Bi2O3在TiO2表面高度分散。N2吸附-脫附結(jié)果(見圖2)表明，合成的樣品具有典 型的IV型吸附等溫線和均一的介孔結(jié)構(gòu)。樣品的的平均孔徑為9. 8 nm, BET比表面積和孔 容分別為143. 3 m2/g和0. 535 cm3/g (見表1)。TEM結(jié)果顯示合成的樣品粒徑約為25 nm (見圖3)。樣品在4-氯苯酚的紫外光和可見光降解中顯示了優(yōu)良的光催化性能(見圖4)。
權(quán)利要求
1. 一種介孔Bi2OZTiO2納米光催化劑的制備方法，其特征在于以離子液體1-十六烷 基-3-甲基溴代咪唑為模板劑并具有以下的制備過程和步驟a.反應(yīng)混合物的制備將一定量的鈦酸四丁酯和硝酸鉍溶解于一定量的去離子水中，于40 50°C下攪拌 30 40min ；在攪拌條件下緩慢加入一定量的離子液體1_十六烷基_3_甲基溴代咪唑(即 [C16mim]+Br1 )；用氨水調(diào)節(jié)pH至8 9 ；繼續(xù)攪拌2 3h，得到反應(yīng)混合物，它即為反應(yīng) 前驅(qū)體膠液；制備反應(yīng)混合物所用各原料的摩爾比為Bi =Ti [C16mim]+Br1 =H2O= (0. 02 0. 15) :1. 0 :(0. 2 ~ 0. 3) (180 200)；b.水熱晶化及過濾、洗滌、干燥和煅燒將上述制得的反應(yīng)混合物置于內(nèi)襯聚四氟乙烯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，于100 120°C下水熱晶化M 48h，晶化后的產(chǎn)物經(jīng)常規(guī)過濾、水洗，并于100°C下干燥12h ；最后 放入馬弗爐中于400 500°C下煅燒2 3h，以去除模板劑；最終得到產(chǎn)物介孔Bi203/Ti& 納米光催化劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以離子液體為模板劑制備可見光響應(yīng)的介孔Bi2O3/TiO2納米光催化劑的方法。本發(fā)明方法的具體步驟為以離子液體1-十六烷基-3-甲基溴代咪唑，即[C16mim]+Br-為模板劑，以鈦酸四丁酯(TBOT)為鈦源，硝酸鉍為鉍源，經(jīng)反應(yīng)混合物的制備，水熱晶化，再經(jīng)過過濾、洗滌、干燥和煅燒，制得介孔Bi2O3/TiO2納米光催化劑。本發(fā)明方法制備工藝簡單，綠色環(huán)保。所制備的介孔Bi2O3/TiO2催化劑，比表面積和孔容大，孔徑分布均一，并具有優(yōu)良的紫外及可見光催化性能。
文檔編號B01J23/18GK102125831SQ20111004178
公開日2011年7月20日 申請日期2011年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月17日
發(fā)明者劉紅, 曹巍然, 汪孟陽, 王勇, 蘇蕓 申請人:上海大學