O異質(zhì)結(jié),其制備方法及用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米復(fù)合材料制備方法，具體涉及一種Bi2O2CO3-Bi (OHC2O4).2Η20異質(zhì)結(jié)，其制備方法及用途。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年，隨著人口數(shù)量的不斷增加，人類對地球資源的開發(fā)利用也與日俱增，從而導(dǎo)致可再生資源緊缺、環(huán)境污染(如水污染，大氣污染等)加劇。目前污水處理方法主要有生物處理法、化學(xué)氧化法和活性炭吸附法相結(jié)合。生物處理法很難適應(yīng)染料廢水水質(zhì)千差萬別、染料種類多、毒性高的實際狀況，微生物本身還存在著安全性問題?；瘜W(xué)氧化法在染料廢水的處理中容易導(dǎo)致二次污染，運行費用相對偏高，使其廣泛應(yīng)用受到了較大限制。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)，光催化技術(shù)可以成為解決當(dāng)前環(huán)境污染問題的綠色途徑。這項技術(shù)最大的優(yōu)點在于:(i)對于傳統(tǒng)的能量密集型處理方法，光催化技術(shù)更好的利用了太陽能。(ii)傳統(tǒng)的處理方法是將污染物從一種中間體轉(zhuǎn)換為另一種中間體，然而光催化技術(shù)是通過太陽能有效地氧化分解有機(jī)物、殺滅病菌和消除異味。(iii)光催化過程可以在各種廢水處理中將大量的有毒化合物徹底的降解。可將有毒的重金屬離子還原為無毒氧化態(tài)。(iv)可用于處理液相體系和氣相體系，同時在某種程度上還可以應(yīng)用于固相體系。(V)反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)時間可控，不需要化學(xué)添加劑，基本無二次污染?；谝陨蟽?yōu)點，光催化技術(shù)擁有著傳統(tǒng)的常規(guī)催化技術(shù)和吸附技術(shù)所無法比擬的優(yōu)勢，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的綠色環(huán)境治理技術(shù)。
[0003]一維納米結(jié)構(gòu)(如納米線、納米棒、納米管等)能夠提供更高的比表面積，從而可以保證一個高的活性位密度以利于表面反應(yīng)或吸附。此外，在光生電荷分離和傳遞的結(jié)構(gòu)中，一維納米結(jié)構(gòu)有很高的電荷載流子傳輸速率，載流子可以沿著一維長軸方向自由移動，降低電子和空穴的復(fù)合率，減少了由于大量晶界的存在而損失光電子的可能，從而提高材料的光電性能。同時，一維結(jié)構(gòu)在異質(zhì)結(jié)中也可以起到骨架作用，使異質(zhì)結(jié)有較大的比表面積，不僅有利于光催化活性提高，同時也提高了材料的吸附性能。然而，到目前為止，兼具優(yōu)異的光催化性能和吸附性能于一身的一維納米復(fù)合材料的合成仍具有巨大挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種Bi2O2CO3-Bi (OHC2O4).2H20異質(zhì)結(jié)，其制備方法及用途。所要解決的第一個技術(shù)問題是提供一種制備方法。所要解決的第二個技術(shù)問題是提供優(yōu)異的、穩(wěn)定的、可重復(fù)使用的Bi2O2CO3-Bi (OHC2O4).2H20異質(zhì)結(jié)光催化劑。所要解決的第三個技術(shù)問題是提供高吸附量的、高效的、可重復(fù)使用的Bi2O2CO3-Bi (OHC2O4).2H20異質(zhì)結(jié)吸附劑。具體技術(shù)方案如下:
[0005]一種Bi2O2CO3-Bi (OHC2O4).2H20異質(zhì)結(jié)的制備方法，包括如下步驟:
[0006](I)將鉍鹽溶解在水中；
[0007](2)將草酸鈉的水溶液加入到硝酸鋅溶液中；
[0008](3)在一定溫度下反應(yīng)一定時間；
[0009](4)冷卻；
[0010](5)洗滌并干燥；
[0011](6)將適量前驅(qū)體，表面活性劑和碳酸鹽溶解在一定量的水中；
[0012](7)加入一定量的鉍鹽；
[0013](8)冷卻；
[0014](9)洗滌并干燥，得到 Bi2O2CO3-Bi (OHC2O4).2H20 異質(zhì)結(jié)。
[0015]進(jìn)一步地，步驟(I)中，稱取2-3份鉍鹽加入水完全溶解。
[0016]進(jìn)一步地，步驟⑵中將1-2份草酸鈉的水溶液逐滴加入到硝酸鉍溶液中，混合均勻。
[0017]進(jìn)一步地，步驟(3)中在100_150°C反應(yīng)30-40小時。
[0018]進(jìn)一步地，步驟(4)和(8)中，反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫；和/或，步驟(5)和
(9)中，產(chǎn)物用蒸餾水，乙醇洗滌，干燥至恒重，得到前驅(qū)體。
[0019]進(jìn)一步地，步驟(6)中，稱取0.1-1份前驅(qū)體，0.1-1份表面活性劑和0.01-0.1份碳酸鹽溶解在20-100ml的水中。
[0020]進(jìn)一步地，步驟(7)中再加入0.01-0.1份的鉍鹽，攪拌l-10h。
[0021 ] 進(jìn)一步地，所述鉍鹽為氯化鉍、硝酸鉍、硫酸鉍一種或數(shù)種的混合物；和/或，所述碳酸鹽為有機(jī)、無機(jī)碳酸鹽一種或數(shù)種混合。
[0022]一種Bi2O2CO3-Bi (OHC2O4).2H20異質(zhì)結(jié)，采用如上述方法制備得到。
[0023]上述Bi2O2CO3-Bi (OHC2O4).2Η20異質(zhì)結(jié)的用途，用于對染料的吸附和可見光催化降解。
[0024]與目前現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明合成了一維Bi2O2CO3-Bi (OHC2O4).2Η20異質(zhì)結(jié)，其兼具催化與吸附性能于一身。該催化劑對高濃度染料羅丹明B(RhB)具有優(yōu)異的可見光催化降解作用，并具有光穩(wěn)定性和重復(fù)利用性。更為重要的是，Bi2O2CO3-Bi (OHC2O4).2Η20異質(zhì)結(jié)在短時間(5分鐘內(nèi))對染料羅丹明B(RhB)和亞甲基藍(lán)(MB)表現(xiàn)出較好的吸附性能，對染料甲基橙(MO)表現(xiàn)出優(yōu)異的吸附性能。40毫克的Bi2O2CO3-Bi (OHC2O4).2Η20納米復(fù)合材料對MO的飽和吸附量達(dá)到94mg/g。用乙醇洗滌可使MO脫附，吸附劑可重復(fù)多次使用。所述的Bi2O2CO3-Bi (OHC2O4).2Η20異質(zhì)結(jié)合成方法新穎，具有優(yōu)異的可見光催化活性和較強(qiáng)的吸附性，將在染料污水處理方面具有實用價值。
【附圖說明】
[0025]圖1 為 Bi2O2CO3-Bi (OHC2O4).2Η20 異質(zhì)結(jié)的粉末衍射圖(XRD)；
[0026]圖2為Bi2O2CO3-Bi (OHC2O4).2Η20異質(zhì)結(jié)的電子掃描顯像圖(SEM)；
[0027]圖3 為 Bi2O2CO3-Bi (OHC2O4).2Η20 異質(zhì)結(jié)的透射圖(TEM)；
[0028]圖4 為 Bi2O2CO3-Bi (OHC2O4).2Η20 異質(zhì)結(jié)(40mg)對 RhB (20mg/L)的降解率圖；
[0029]圖5 為 Bi2O2CO3-Bi (OHC2O4).2Η20 異質(zhì)結(jié)(40mg)光催化降解羅丹明 B (20mg/L)的紫外-可見光譜圖；
[0030]圖6為Bi2O2CO3-Bi (OHC2O4).2H20異質(zhì)結(jié)對羅丹明B (20mg/L)光催化降解重復(fù)利用率圖；
[0031]圖7為Bi2O2CO3-Bi (OHC2O4).2H20異質(zhì)結(jié)對羅丹明B (20mg/L)光催化降解后的粉末衍射圖(XRD)；
[0032]圖8 為 Bi2O2CO3-Bi (OHC2O4).2Η20 異質(zhì)結(jié)(40mg)對不同染料(20mg/L)的吸附圖。
【具體實施方式】
[0033]下面根據(jù)附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，其為本發(fā)明多種實施方式中的一種優(yōu)選實施例。
[0034]在一種優(yōu)選的Bi2O2CO3-Bi (OHC2O4).2H20異質(zhì)結(jié)的制備方法中包括了如下步驟，稱取鉍鹽(2-3g)，加入水完全溶解，將草酸鈉(l-2g)的水溶液逐滴加入到硝酸鋅溶液中，混合均勻，在100-150°C反應(yīng)30-40小時，反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，產(chǎn)物用蒸餾水，乙醇洗滌，干燥至恒重，得到前驅(qū)體；稱取適量前驅(qū)體(0.1-1g)，表面活性劑(0.Ι-lg)和碳酸鹽(0.01-0.1g)溶解在一定量的水(20-100ml)中，再加入一定量的鉍鹽(0.01-0.1g)，攪拌一定時間(1-1Oh)，反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，產(chǎn)物用蒸餾水，乙醇洗滌，干燥至恒重，得到Bi2O2CO3-Bi (OHC2O4).2H20異質(zhì)結(jié)。鉍鹽為氯化鉍、硝酸鉍、硫酸鉍一種或數(shù)種的混合物。碳酸鹽為有機(jī)、無機(jī)碳酸鹽一種或數(shù)種混合。
[0035]參照圖2，A負(fù)載量最小的樣品(SI)，b、c依次加大負(fù)載量的樣品(S2、S3)，可以很明顯的看出納米片均勻地長在納米棒上，形成均一的Bi2O2CO3-Bi (OHC2O4).2Η20異質(zhì)結(jié)。如圖5所不，在模擬太陽光照射下0.5小時內(nèi)羅丹明B(20mg/L)被完全降解。如圖6所不，循環(huán)5次后損失只有7%。如圖7可以看出Bi2O2CO3-Bi (OHC2O4).2H20異質(zhì)結(jié)非常穩(wěn)定。如圖8可以看出Bi2O2CO3-Bi (OHC2O4).2H20異質(zhì)結(jié)對MO的吸附效果最好。經(jīng)過5分鐘，甲基橙(75mg/l)被完全吸附?？梢钥闯鑫絼┚哂袃?yōu)異的重復(fù)利用性。
[0036]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)直接應(yīng)用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種Bi 202C03-Bi (OHC2O4).2H20異質(zhì)結(jié)的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)將鉍鹽溶解在水中； (2)將草酸鈉的水溶液加入到硝酸鋅溶液中； (3)在一定溫度下反應(yīng)一定時間； (4)冷卻; (5)洗滌并干燥； (6)將適量前驅(qū)體，表面活性劑和碳酸鹽溶解在一定量的水中； (7)加入一定量的鉍鹽； (8)冷卻; (9)洗滌并干燥，得到Bi2O2CO3-Bi(OHC2O4).2Η20異質(zhì)結(jié)。
2.如權(quán)利要求1所述的Bi202C03-Bi (OHC2O4).2Η20異質(zhì)結(jié)的制備方法，其特征在于，步驟(I)中，稱取2-3份鉍鹽加入水完全溶解。
3.如權(quán)利要求1或2所述的Bi202C03-Bi (OHC2O4).2H20異質(zhì)結(jié)的制備方法，其特征在于，步驟(2)中將1-2份草酸鈉的水溶液逐滴加入到硝酸鉍溶液中，混合均勻。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的Bi202C03-Bi (OHC2O4).2H20異質(zhì)結(jié)的制備方法，其特征在于，步驟(3)中在100-150°C反應(yīng)30-40小時。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的Bi202C03-Bi (OHC2O4).2H20異質(zhì)結(jié)的制備方法，其特征在于，步驟⑷和⑶中，反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫；和/或，步驟(5)和(9)中，產(chǎn)物用蒸餾水，乙醇洗滌，干燥至恒重，得到前驅(qū)體。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項所述的Bi202C03-Bi (OHC2O4).2H20異質(zhì)結(jié)的制備方法，其特征在于，步驟(6)中，稱取0.1-1份前驅(qū)體，0.1-1份表面活性劑和0.01-0.1份碳酸鹽溶解在20-1OOml的水中。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項所述的Bi202C03-Bi (OHC2O4).2H20異質(zhì)結(jié)的制備方法，其特征在于，步驟(7)中再加入0.01-0.1份的鉍鹽，攪拌l-10h。
8.如權(quán)利要求1-7中任一項所述的Bi202C03-Bi (OHC2O4).2H20異質(zhì)結(jié)的制備方法，其特征在于，所述鉍鹽為氯化鉍、硝酸鉍、硫酸鉍一種或數(shù)種的混合物；和/或，所述碳酸鹽為有機(jī)、無機(jī)碳酸鹽一種或數(shù)種混合。
9.一種Bi 202C03-Bi (OHC2O4).2Η20異質(zhì)結(jié)，其特征在于，采用如權(quán)利要求1_8所述方法制備得到。
10.如權(quán)利要求9所述Bi202C03-Bi (OHC2O4).2H20異質(zhì)結(jié)的用途，其特征在于，用于對染料的吸附和可見光催化降解。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種Bi2O2CO3-Bi(OHC2O4)·2H2O異質(zhì)結(jié)，其制備方法及用途，包括如下步驟：(1)將鉍鹽溶解在水中；(2)將草酸鈉的水溶液加入到硝酸鉍溶液中；(3)在一定溫度下反應(yīng)一定時間；(4)冷卻；(5)洗滌并干燥；(6)將適量前驅(qū)體，表面活性劑和碳酸鹽溶解在一定量的水中；(7)加入一定量的鉍鹽；(8)冷卻；(9)洗滌并干燥，得到Bi2O2CO3-Bi(OHC2O4)·2H2O異質(zhì)結(jié)。本發(fā)明合成了一維Bi2O2CO3-Bi(OHC2O4)·2H2O異質(zhì)結(jié)，其兼具催化與吸附性能于一身。該催化劑對高濃度染料羅丹明B(RhB)具有優(yōu)異的可見光催化降解作用，并具有光穩(wěn)定性和重復(fù)利用性。更為重要的是，Bi2O2CO3-Bi(OHC2O4)·2H2O異質(zhì)結(jié)在短時間(5分鐘內(nèi))對染料羅丹明B(RhB)和亞甲基藍(lán)(MB)表現(xiàn)出較好的吸附性能，與染料甲基橙(MO)表現(xiàn)出優(yōu)異的吸附性能。40毫克的Bi2O2CO3-Bi(OHC2O4)·2H2O納米復(fù)合材料對MO的飽合吸附量達(dá)到94mg/g,通過加入乙醇洗滌可使MO脫附，吸附劑可重復(fù)多次使用。
【IPC分類】B01J31-26, B01J20-22, C02F1-28, B01J20-30, C02F1-30
【公開號】CN104667878
【申請?zhí)枴緾N201510030292
【發(fā)明人】彭銀, 俞翩翩, 周海燕
【申請人】安徽師范大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年1月21日