一種中空球狀納米γ-鉬酸鉍及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光催化劑制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種中空球狀納米γ-鉬酸鉍及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)境污染與防治是全球性的重要課題，近年來利用半導(dǎo)體光催化氧化技術(shù)降解染料廢水及空氣中有機(jī)污染物的研究受到了科研工作者的廣泛關(guān)注。以T12為代表的光催化材料盡管表現(xiàn)出優(yōu)良的光催化性能，但其可見光響應(yīng)范圍較窄，多以紫外光輻射為主，并且生產(chǎn)成本高、能耗大，使其實際應(yīng)用受到限制。開發(fā)能有效利用可見光的新型光催化材料已成為當(dāng)今的研究熱點，特別是研制新的材料體系、增加其表面的催化活性位、拓寬對太陽能的利用率、提高氧化能力，獲得高效、穩(wěn)定的光催化材料是光催劑發(fā)展的重點之一。
[0003]納米γ-鉬酸鉍(Bi2MoO6)是近幾年興起的一種可見光半導(dǎo)體催化劑，它是一類具有奧利維里斯(Aurivillius)層狀特征的化合物，禁帶寬度約為2.7eV(比T12小)，可見光區(qū)具有很強(qiáng)的光吸收性能，在太陽能的利用和光催化反應(yīng)方面具有重要的發(fā)展前景。傳統(tǒng)的鉬酸鉍制備方法有固相燒結(jié)法、沉淀法和溶膠-凝膠法，這些方法制備的鉬酸鉍材料通常粒徑較大、比表面積較小、結(jié)晶較差并有大量的晶體缺陷，嚴(yán)重影響該光催化劑的光催化活性。因此開發(fā)一種制備方法簡單、能耗低、納米晶片細(xì)小、光催化活性高的γ-鉬酸鉍納米材料具有重要意義。
[0004]水熱法是一種在密封的壓力容器中，以水為溶劑在高溫高壓的條件下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，該方法具有操作更簡單、能耗更少、成本更低、能制得具有更高活性催化劑的優(yōu)點。水熱法能得到固體粒徑均勻的催化劑，但是當(dāng)固體粒徑比較小時比表面能高的催化劑顆粒更易團(tuán)聚而影響其催化活性。如果采用適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣┰谒芤褐行纬梢欢ㄐ螤畹哪z束起到模板作用，則可有效控制粒子的形狀和大小。因此選擇適當(dāng)?shù)乃疅岱ê托蚊部刂苿┠苤苽涑鲂蚊部煽氐摹⒐獯呋钚愿叩你f酸鉍可見光催化劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)制備鉬酸鉍存在的粒徑較大、比表面積較小、結(jié)晶較差以及晶體缺陷多的不足，提供一種中空球狀納米Y-鉬酸鉍及其制備方法，該方法操作簡單、能耗少、成本低，制備出的鉬酸鉍可見光催化劑形貌可控，光催化活性高。
[0006]本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下:
[0007]—種納米γ -鉬酸祕，為中空球結(jié)構(gòu)，所述中空球由10-50nm厚的鉬酸祕納米晶片構(gòu)成，所述納米γ -鉬酸鉍比表面積為20-50m2/g。
[0008]—種如前所述的中空球狀納米γ-鉬酸鉍的制備方法，包括以下步驟:1)將一定量的硝酸鉍、1-3丙二醇溶于異丙醇中，將溶液攪拌均勻后轉(zhuǎn)移至高壓釜中進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)冷卻、過濾、洗滌、烘干得到Bi 2 (OCH2CH2CH2O) 3固體粉末；2)配$ij (NH4) 6Μο7θ24水溶液，加入一定量步驟I)制備的Bi2 (OCH2CH2CH2O) 3固體粉末以及聚乙二醇2000，攪拌均勻得混合溶液，調(diào)節(jié)混合溶液的pH后將其轉(zhuǎn)移至高壓釜進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)冷卻、過濾、洗滌、烘干得中空球狀γ -鉬酸鉍納米粉末。
[0009]步驟I)中硝酸鉍、1-3丙二醇、異丙醇的摩爾比為1:1.5-3:100-500。
[0010]步驟I)中溶劑熱反應(yīng)溫度為160-200°c，反應(yīng)時間l_24h，反應(yīng)完成后使溶液自然冷卻至室溫，過濾產(chǎn)物用異丙醇洗滌，烘干溫度為80-100°C。
[0011]步驟2)中配制的(順4) 6MO7024水溶液濃度為0.01-0.Imo I /L，混合溶液中(NH4)6Mo7024、Bi2(0CH2CH2CH20)3、聚乙二醇2000的摩爾比為1:6.9-7.1:0.001-0.01。
[0012]步驟2)采用硝酸調(diào)節(jié)溶液pH至0-3，水熱反應(yīng)溫度為160-200°C，反應(yīng)時間為1-24h，反應(yīng)完成后使溶液自然冷卻至室溫，過濾產(chǎn)物用去離子水、乙醇洗滌，烘干溫度為80-150。。。
[0013]本發(fā)明方法操作簡單、能耗少、成本低，采用該方法制備的中空球狀納米γ-鉬酸鉍粉體純度高，比表面積為20-50m2/g，中空球微結(jié)構(gòu)可控，納米晶片細(xì)小，可見光光催化效能優(yōu)異。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明制備中空球狀納米γ-鉬酸鉍的反應(yīng)機(jī)理圖；
[0015]圖2為本發(fā)明實施例1制備的中空球狀納米γ-鉬酸鉍的SEM圖。
【具體實施方式】
[0016]為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0017]本發(fā)明首先以異丙醇為溶劑、1-3丙二醇、硝酸鉍為原料進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)得到1-3丙二醇鉍，然后由七鉬酸銨與1-3丙二醇鉍在模板劑聚乙二醇輔助下進(jìn)行水熱反應(yīng)制得中空球狀納米γ -鉬酸鉍，反應(yīng)機(jī)理如圖1所示。
[0018]實施例1
[0019]I)稱取200mmol硝酸祕，600mmol 1-3丙二醇溶于10moI (約7.64L)異丙醇中，攬摔均勻得到澄清液。將此溶液轉(zhuǎn)移到容積為1L的高壓釜中，升溫至160°C并保溫進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)6小時。反應(yīng)完成后停止加熱使高壓釜逐漸冷卻至室溫，將反應(yīng)產(chǎn)物過濾并用異丙醇洗滌3次，之后在80°C干燥12小時，得到1-3丙二醇鉍粉體。
[°02°] 2)取1mmol七鉬酸錢溶于100ml去離子水中，再加入69mmol步驟I)制備的1_3丙二醇鉍和0.1mmOl(0.2g)的聚乙二醇2000(PEG2000)，強(qiáng)力攪拌使l-3丙二醇鉍分散均勻。將混合液轉(zhuǎn)移至容積為1500ml的高壓釜中，用硝酸調(diào)節(jié)溶液pH值至0-1之間，將溶液升溫至180°C并保溫進(jìn)行水熱反應(yīng)12小時。反應(yīng)完成后停止加熱使高壓釜冷卻至室溫，將反應(yīng)產(chǎn)物過濾分別用去離子水和乙醇各洗滌3次，之后在120°C干燥12小時，得到目標(biāo)產(chǎn)物中空球狀納米γ-鉬酸鉍粉體。
[0021]制備出的中空球狀納米γ-鉬酸鉍粉體微觀結(jié)構(gòu)如圖1所示，從該SEM圖中可以清楚看到γ -鉬酸鉍粒子在納米尺度并且具有中空球形結(jié)構(gòu)。經(jīng)分析測試，本實施例所得γ -鉬酸鉍比表面積為35m2/g。
[0022]實施例2
[0023]I)稱取1mol硝酸祕，15mol 1-3丙二醇溶于100mol(約76.40L)異丙醇中，攪拌均勻得到澄清液。將此溶液轉(zhuǎn)移到容積為10L的高壓釜中，升溫至160°C并保溫進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)12小時。反應(yīng)完成后停止加熱使高壓釜逐漸冷卻至室溫，將反應(yīng)產(chǎn)物過濾并用異丙醇洗滌3次，之后在80°C干燥12小時，得到1-3丙二醇鉍粉體。
[0024]2)取0.5mol七鉬酸銨溶于5L去離子水中，再加入3.5mol步驟I)制備的1-3丙二醇鉍和0.5mmo I (I g)的聚乙二醇2000 (PEG2000)，強(qiáng)力攪拌使I _3丙二醇鉍分散均勻。將混合液轉(zhuǎn)移至容積為1L的高壓釜中，用硝酸調(diào)節(jié)溶液pH值至2-3之間，將溶液升溫至18