一種釔酸鉍納米棒及其制備方法和用途
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于納米材料合成【技術(shù)領(lǐng)域】，特指涉及具一種釔酸鉍納米棒及其制備方法和用途，本發(fā)明采用水熱合成法制備形貌均一的釔酸鉍納米棒，其技術(shù)方案是首先用Bi(NO3)3?5H2O（硝酸鉍）和 Y(NO3)3?6H2O（硝酸釔） 混合于硝酸中攪拌均勻后，用NH4?H2O調(diào)節(jié)pH值，水熱制得釔酸鉍納米棒前驅(qū)液；再將前驅(qū)液經(jīng)過(guò)高溫煅燒得釔酸鉍納米棒。本發(fā)明利用簡(jiǎn)單的水熱合成方法合成釔酸鉍納米棒光催化劑，其形貌為二維納米棒，作為一種新型光催化材料，該材料具有化學(xué)穩(wěn)定性，無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】 一種釔酸鉍納米棒及其制備方法和用途

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料合成【技術(shù)領(lǐng)域】，特指涉及具一種釔酸鉍納米棒及其制備方法和用途，該納米棒可用于可見(jiàn)光降解抗生素領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)境污染能源枯竭使得作為綠色無(wú)污染可循環(huán)能源的太陽(yáng)能成為了近年來(lái)研究熱點(diǎn)。大多數(shù)光催化半導(dǎo)體材料可以在UV光對(duì)有機(jī)物降解，為了使得光催化劑能更充分的利用光譜國(guó)內(nèi)外的學(xué)者做了很多研究。釔酸鉍的能帶為2.14 EV，它是一種對(duì)可見(jiàn)光有響應(yīng)的光催化劑。研究者發(fā)現(xiàn)一般反應(yīng)中釔很難進(jìn)入氧化鉍的晶格中，只有用固相法合成了釔酸鉍，但是固相法的溫度很高對(duì)形貌影響很大，因而由固相法合成的釔酸鉍形貌都是很不好。光催化劑反應(yīng)主要是發(fā)生在光催化的表面，而一個(gè)擁有良好形貌和小尺寸的無(wú)機(jī)納米材料比大無(wú)形的納米材料展現(xiàn)了更好的光催化活性。水熱法是提供了一種溫和的晶體生長(zhǎng)環(huán)境，而且它是一種綠色環(huán)保的方法。所以探求水熱法生成釔酸鉍是十分必要的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡(jiǎn)單，綠色環(huán)保的水熱法制備釔酸鉍納米棒的方法。
[0004]本發(fā)明采用水熱合成法制備形貌均一的釔酸鉍納米棒，其技術(shù)方案是首先用Bi (NO3) 3-5H20 (硝酸鉍)和Y (NO3) 3.6H 20 (硝酸釔)混合于硝酸中攪拌均勻后，用ΝΗ4.H 20調(diào)節(jié)PH值，水熱制得釔酸鉍納米棒前驅(qū)液；再將前驅(qū)液經(jīng)過(guò)高溫煅燒得釔酸鉍納米棒。
[0005]一種釔酸鉍納米棒的制備方法，是按照下述步驟進(jìn)行的:
(I)稱(chēng)取硝酸鉍和硝酸釔溶于硝酸中得到混合溶液，所述硝酸鉍和硝酸釔的摩爾比為
1:1。
[0006](2)將步驟I中的混合溶液超聲攪拌，得到澄清透明液體。
[0007](3)將步驟2獲得的液體轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，用ΝΗ4.Η20調(diào)節(jié)pH值至為8-10 ;加水至反應(yīng)釜體積的80%。
[0008](4)將步驟3中的反應(yīng)釜在180 °C -260°C的溫度范圍內(nèi)，恒溫反應(yīng)12_48h得到沉淀物。
[0009](5)將步驟4中獲得的沉淀物通過(guò)水和乙醇交替洗滌，離心。
[0010](6)將步驟5中離心后的產(chǎn)物真空干燥后進(jìn)行高溫煅燒，以除去雜質(zhì)，從而獲得純相釔酸鉍納米棒。
[0011]步驟(I)所述硝酸的濃度為0.lmol/L0
[0012]步驟(2)中超聲攪拌的時(shí)間為lh。
[0013]步驟(6)中真空干燥的溫度為60°C，干燥時(shí)間為12h。
[0014]步驟(6)中高溫煅燒的溫度為450°C _800°C，煅燒時(shí)間為2h，升溫速率為2°/min。
[0015]本發(fā)明中加入氨水作為0H_的提供者，該方法的優(yōu)勢(shì)是利用氨水調(diào)節(jié)pH使得生成釔鉍的絡(luò)合物，釔可以進(jìn)入鉍的晶格中，多余氨水在高溫下生成氮?dú)夂退?，因而不?huì)對(duì)反應(yīng)產(chǎn)生影響；而口11值在一定的范圍內(nèi)才能生成釔酸鉍，當(dāng)加入KOH時(shí)候，無(wú)法生成棒狀的釔酸鉍，而是堆積的納米片狀物質(zhì)；當(dāng)PH小于8的時(shí)候，或者大于10的時(shí)候，生成物質(zhì)為雜質(zhì)，無(wú)法生長(zhǎng)純相的釔酸鉍納米棒；因?yàn)橄跛徙G不溶解在水中，在水中可生成很多副產(chǎn)物，因而為了溶解硝酸鉍使得其成為硝酸鉍的溶液，在步驟I中加入0.lmol/T1的稀硝酸。
[0016]本發(fā)明的另一個(gè)目的，是提供所制備的釔酸鉍納米棒作為可見(jiàn)光催化劑降解四環(huán)素的用途。
[0017]本發(fā)明所使用的硝酸釔,氨水,硝酸鉍均為分析純。
[0018]本發(fā)明利用簡(jiǎn)單的水熱合成方法合成釔酸鉍納米棒光催化劑，其形貌為二維納米棒，作為一種新型光催化材料，該材料具有化學(xué)穩(wěn)定性，無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)。
[0019]本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，重現(xiàn)性好，且所用原材料均為無(wú)機(jī)化合物，價(jià)廉易得，成本低，符合環(huán)境友好要求，反應(yīng)時(shí)間較短，從而減少了能耗和反應(yīng)成本，便于批量生產(chǎn)；同時(shí)由于釔酸鉍納米棒光催化劑具有較強(qiáng)的光催化降解能力，具有很高的實(shí)際應(yīng)用能力。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為釔酸鉍納米棒氧化銦X射線衍射分析圖(XRD)。
[0021]圖2為釔酸鉍納米棒掃描電鏡圖(SEM)。
[0022]圖3為釔酸鉍納米棒在室溫下的光降解圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施例。
[0024]實(shí)施例1:
(I)稱(chēng)取硝酸鉍和硝酸釔溶于10ml、0.lmol/L—1稀硝酸中，所述硝酸鉍和硝酸釔的質(zhì)量分別為 0.2425g, 0.1916g。
[0025](2)將步驟I中的混合溶液超聲攪拌lh，得到澄清透明液體。
[0026](3)將步驟2獲得的液體轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，用ΝΗ4.Η20調(diào)節(jié)pH值至為8 ;加水至反應(yīng)釜體積的80%。
[0027](4)將步驟3中的反應(yīng)釜在180 0C的溫度范圍內(nèi)，恒溫反應(yīng)48h得到沉淀物。
[0028](5)將步驟4中獲得的沉淀物通過(guò)水和乙醇交替洗滌，離心。
[0029](6)將步驟5中離心后的產(chǎn)物后進(jìn)行高溫煅燒，以除去雜質(zhì)，從而獲得純相釔酸鉍納米棒，高溫煅燒的溫度為450°C，煅燒時(shí)間為2h，升溫速率為2°/min。
[0030]實(shí)施例2:
(I)稱(chēng)取硝酸鉍和硝酸釔溶于10ml、0.lmol/L—1稀硝酸中，所述硝酸鉍和硝酸釔的質(zhì)量分別為 0.2425g, 0.1916g。
[0031](2)將步驟I中的混合溶液超聲攪拌lh，得到澄清透明液體。
[0032](3)將步驟2獲得的液體轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，用ΝΗ4.Η20調(diào)節(jié)pH值至為8.5 ;加水至反應(yīng)釜體積的80%。
[0033](4)將步驟3中的反應(yīng)釜在200 °C的溫度范圍內(nèi)，恒溫反應(yīng)24h得到沉淀物。
[0034](5)將步驟4中獲得的沉淀物通過(guò)水和乙醇交替洗滌，離心。
[0035](6)將步驟5中離心后的產(chǎn)物后進(jìn)行高溫煅燒，以除去雜質(zhì)，從而獲得純相釔酸鉍納米棒，高溫煅燒的溫度為550°C，煅燒時(shí)間為2h，升溫速率為2°/min。
[0036]實(shí)施例3:
(I)稱(chēng)取硝酸鉍和硝酸釔溶于10ml、0.lmol/L—1稀硝酸中，所述硝酸鉍和硝酸釔的質(zhì)量分別為 0.2425g, 0.1916g。
[0037](2)將步驟I中的混合溶液超聲攪拌lh，得到澄清透明液體。
[0038](3)將步驟2獲得的液體轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，用ΝΗ4.Η20調(diào)節(jié)pH值至為9 ;加水至反應(yīng)釜體積的80%。
[0039](4)將步驟3中的反應(yīng)釜在240 0C的溫度范圍內(nèi)，恒溫反應(yīng)16h得到沉淀物。
[0040](5)將步驟4中獲得的沉淀物通過(guò)水和乙醇交替洗滌，離心。
[0041](6)將步驟5中離心后的產(chǎn)物后進(jìn)行高溫煅燒，以除去雜質(zhì)，從而獲得純相釔酸鉍納米棒，高溫煅燒的溫度為650°C，煅燒時(shí)間為2h，升溫速率為2°/min。
[0042]實(shí)施例4:
(1)稱(chēng)取硝酸鉍和硝酸釔溶于1ml0.lmol/L—1稀硝酸中，所述硝酸鉍和硝酸釔的質(zhì)量分別為 0.2425g, 0.1916g.(2)將步驟I中的混合溶液超聲攪拌lh，得到澄清透明液體。
[0043](3)將步驟2獲得的液體轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，用ΝΗ4.Η20調(diào)節(jié)pH值至為10 ;加水至反應(yīng)釜體積的80%。
[0044](4)將步驟3中的反應(yīng)釜在260 °C的溫度范圍內(nèi)，恒溫反應(yīng)12h得到沉淀物。
[0045](5)將步驟4中獲得的沉淀物通過(guò)水和乙醇交替洗滌，離心。
[0046](6)將步驟5中離心后的產(chǎn)物后進(jìn)行高溫煅燒，以除去雜質(zhì)，從而獲得純相釔酸鉍納米棒，高溫煅燒的溫度為750°C，煅燒時(shí)間為2h，升溫速率為2°/min。
[0047]實(shí)施例5:
(1)稱(chēng)取硝酸鉍和硝酸釔溶于1ml、0.lmol/L—1稀硝酸中，所述硝酸鉍和硝酸釔的質(zhì)量分別為 0.4851g,0.38306g.(2)將步驟I中的混合溶液超聲攪拌lh，得到澄清透明液體。
[0048](3)將步驟2獲得的液體轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，用ΝΗ4.Η20調(diào)節(jié)pH值至為8 ;加水至反應(yīng)釜體積的80%。
[0049](4)將步驟3中的反應(yīng)釜在180 °C的溫度范圍內(nèi)，恒溫反應(yīng)48h得到沉淀物。
[0050](5)將步驟4中獲得的沉淀物通過(guò)水和乙醇交替洗滌，離心。
[0051](6)將步驟5中離心后的產(chǎn)物后進(jìn)行高溫煅燒，以除去雜質(zhì)，從而獲得純相釔酸鉍納米棒，高溫煅燒的溫度為800°C，煅燒時(shí)間為2h，升溫速率為2°/min。
[0052]實(shí)施例6:
(I)稱(chēng)取硝酸鉍和硝酸釔溶于1ml 0.lmol/L—1稀硝酸中，所述硝酸鉍和硝酸釔的質(zhì)量分別為 0.2425g, 0.1916g。
[0053](2)將步驟I中的混合溶液超聲攪拌lh，得到澄清透明液體。
[0054](3)將步驟2獲得的液體轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，用ΝΗ4.Η20調(diào)節(jié)pH值至為9.5 ;加水至反應(yīng)釜體積的80%。
[0055](4)將步驟3中的反應(yīng)釜在200 °C的溫度范圍內(nèi)，恒溫反應(yīng)24h得到沉淀物。
[0056](5)將步驟4中獲得的沉淀物通過(guò)水和乙醇交替洗滌，離心。
[0057](6)將步驟5中離心后的產(chǎn)物后進(jìn)行高溫煅燒，以除去雜質(zhì)，從而獲得純相釔酸鉍納米棒，高溫煅燒的溫度為700°C，煅燒時(shí)間為2h，升溫速率為2°/min。
[0058]實(shí)施例7:
(I)稱(chēng)取硝酸鉍和硝酸釔溶于1ml 0.lmol/L—1稀硝酸中，所述硝酸鉍和硝酸釔的質(zhì)量分別為 0.2425g, 0.191g。
[0059](2)將步驟I中的混合溶液超聲攪拌lh，得到澄清透明液體。
[0060](3)將步驟2獲得的液體轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，用ΝΗ4.Η20調(diào)節(jié)pH值至為8.8 ;加水至反應(yīng)釜體積的80%。
[0061](4)將步驟3中的反應(yīng)釜在220 0C的溫度范圍內(nèi)，恒溫反應(yīng)20h得到沉淀物。
[0062](5)將步驟4中獲得的沉淀物通過(guò)水和乙醇交替洗滌，離心。
[0063](6)將步驟5中離心后的產(chǎn)物后進(jìn)行高溫煅燒，以除去雜質(zhì)，從而獲得純相釔酸鉍納米棒，高溫煅燒的溫度為600°C，煅燒時(shí)間為2h，升溫速率為2°/min。
[0064]實(shí)施例8:
(1)稱(chēng)取硝酸鉍和硝酸釔溶于1ml0.lmol/L—1稀硝酸中，所述硝酸鉍和硝酸釔的質(zhì)量分別為 0.2425g, 0.1916g.(2)將步驟I中的混合溶液超聲攪拌lh，得到澄清透明液體。
[0065](3)將步驟2獲得的液體轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，用ΝΗ4.Η20調(diào)節(jié)pH值至為9.8 ;加水至反應(yīng)釜體積的80%。
[0066](4)將步驟3中的反應(yīng)釜在180 0C的溫度范圍內(nèi)，恒溫反應(yīng)48h得到沉淀物。
[0067](5)將步驟4中獲得的沉淀物通過(guò)水和乙醇交替洗滌，離心。
[0068](6)將步驟5中離心后的產(chǎn)物后進(jìn)行高溫煅燒，以除去雜質(zhì)，從而獲得純相釔酸鉍納米棒，高溫煅燒的溫度為550°C，煅燒時(shí)間為2h，升溫速率為2°/min。
[0069]實(shí)施例9:
(I)稱(chēng)取硝酸鉍和硝酸釔溶于1ml 0.lmol/L—1稀硝酸中，所述硝酸鉍和硝酸釔的質(zhì)量分別為 0.2425g, 0.1916g。
[0070](2)將步驟I中的混合溶液超聲攪拌lh，得到澄清透明液體。
[0071](3)將步驟2獲得的液體轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，用ΝΗ4.H2O調(diào)節(jié)pH值至為9.5 ;加水至反應(yīng)釜體積的80%。
[0072](4)將步驟3中的反應(yīng)釜在200 0C的溫度范圍內(nèi)，恒溫反應(yīng)26h得到沉淀物。
[0073](5)將步驟4中獲得的沉淀物通過(guò)水和乙醇交替洗滌，離心。
[0074](6)將步驟5中離心后的產(chǎn)物后進(jìn)行高溫煅燒，以除去雜質(zhì)，從而獲得純相釔酸鉍納米棒，高溫煅燒的溫度為500°C，煅燒時(shí)間為2h，升溫速率為2°/min。
[0075]實(shí)施例10:
(I)稱(chēng)取硝酸鉍和硝酸釔溶于1ml 0.lmol/L—1稀硝酸中，所述硝酸鉍和硝酸釔的質(zhì)量分別為 0.2425g, 0.1916g。
[0076](2)將步驟I中的混合溶液超聲攪拌lh，得到澄清透明液體。
[0077](3)將步驟2獲得的液體轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，用ΝΗ4.Η20調(diào)節(jié)pH值至為8.5 ;加水至反應(yīng)釜體積的80%。
[0078](4)將步驟3中的反應(yīng)釜在210 0C的溫度范圍內(nèi)，恒溫反應(yīng)24h得到沉淀物。
[0079](5)將步驟4中獲得的沉淀物通過(guò)水和乙醇交替洗滌，離心。
[0080](6)將步驟5中離心后的產(chǎn)物后進(jìn)行高溫煅燒，以除去雜質(zhì)，從而獲得純相釔酸鉍納米棒，高溫煅燒的溫度為450°C，煅燒時(shí)間為2h，升溫速率為2°/min。
[0081]釔酸鉍納米棒在可見(jiàn)光照射下對(duì)四環(huán)素的降解實(shí)驗(yàn)步驟如下:
在GHX-2型光化學(xué)反應(yīng)儀(購(gòu)自揚(yáng)州大學(xué)科技城科技有限公司)中進(jìn)行，將濃度為10mg/L四環(huán)素100 mL加入光催化儀器反應(yīng)器中，然后加入水熱合成的釔酸鉍(BiYO3)光催化劑0.05 g，在暗室使用磁力攪拌器反應(yīng)30分鐘，達(dá)到反應(yīng)吸附平衡后開(kāi)始取樣，然后開(kāi)啟曝氣裝置并開(kāi)裝上濾光片的150W氙燈光源，曝氣通入空氣目的是保持催化劑處于懸浮或飄浮狀態(tài)，氙燈光照過(guò)程中每間隔30 min取樣，離心分離后取上層清液在四環(huán)素最大吸收波長(zhǎng)Amax=357nm處，使用TU-1800紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)處測(cè)定樣品吸光度，并通過(guò)公式:DC= [ (A0-Ai)/A0] X 100%算出光降解率，其中AO為達(dá)到吸附平衡時(shí)四環(huán)素溶液的吸光度，Ai為定時(shí)取樣測(cè)定的四環(huán)素溶液的吸光度。
[0082]本發(fā)明所制備的釔酸鉍納米棒在可見(jiàn)光照射時(shí)對(duì)四環(huán)素的降解率在90min時(shí)達(dá)到 51%。
[0083]附圖1中各衍射峰的位置和相對(duì)強(qiáng)度均與JCPDS (粉末衍射標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合委員會(huì))卡片(27-1047)相吻合，且XRD圖譜中沒(méi)有其它衍射雜峰，說(shuō)明本發(fā)明提出的水熱條件下制備出的釔酸鉍(BiYO3)納米棒的物相是純的。
[0084]附圖2中，場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(SEM)測(cè)試表明，在室溫下，由水熱法制備的釔酸鉍納米棒長(zhǎng)1-3 ym,直徑為100-400 nm。
[0085]附圖3中，光催化效果圖顯示本發(fā)明所制備的釔酸鉍納米棒在可見(jiàn)光照射時(shí)對(duì)四環(huán)素的降解率在90min時(shí)達(dá)到51%。
【權(quán)利要求】
1.一種釔酸鉍納米棒，其特征在于:所述釔酸鉍納米棒長(zhǎng)1-3 μ m,直徑為100-400nm0
2.如權(quán)利要求1所述的一種釔酸鉍納米棒的制備方法，其特征在于具體步 驟如下: (1)稱(chēng)取硝酸鉍和硝酸釔溶于硝酸中得到混合溶液，所述硝酸鉍和硝酸釔 的摩爾比為1:1 ; (2)將步驟I中的混合溶液超聲攪拌，得到澄清透明液體； (3)將步驟2獲得的液體轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，用NH4H2O 調(diào)節(jié)PH值至為8-10 ;加水至反應(yīng)釜體積的80% ； (4)將步驟3中的反應(yīng)釜在180°C -260°C的溫度范圍內(nèi)，恒溫反應(yīng)12_48h 得到沉淀物； (5)將步驟4中獲得的沉淀物通過(guò)水和乙醇交替洗滌，離心； (6)將步驟5中離心后的產(chǎn)物真空干燥后進(jìn)行高溫煅燒，以除去雜質(zhì)，從 而獲得純相釔酸鉍納米棒。
3.如權(quán)利要求2所述的一種釔酸鉍納米棒的制備方法，其特征在于:步驟(I)所述硝酸的濃度為0.lmol/L。
4.如權(quán)利要求2所述的一種釔酸鉍納米棒的制備方法，其特征在于:步驟(2)中超聲攪拌的時(shí)間為lh。
5.如權(quán)利要求2所述的一種釔酸鉍納米棒的制備方法，其特征在于:步驟(6)中真空干燥的溫度為60°C,干燥時(shí)間為12h。
6.如權(quán)利要求2所述的一種釔酸鉍納米棒的制備方法，其特征在于:步驟(6)中高溫煅燒的溫度為450°C _800°C，煅燒時(shí)間為2h，升溫速率為2°/min。
7.如權(quán)利要求1所述的一種釔酸鉍納米棒作為可見(jiàn)光催化劑降解四環(huán)素的用途。
【文檔編號(hào)】B82Y40/00GK104495922SQ201410747463
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月9日
【發(fā)明者】施偉東, 吳苗苗, 王超, 張超, 蔡凡朋, 余小強(qiáng), 陳超 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)