一种纳米多铋磷酸钠粉体光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米多铋磷酸钠粉体光催化剂及其制备方法。所述纳米粉体光催化剂的分子式为NaBi7P2O16。本发明专利技术采用低温熔盐法，以铋的硝酸盐和包含钠、磷的磷酸盐为原料，将其按一定的质量比称量，研磨至混合均匀；再转入聚四氟乙烯‑不锈钢套密闭容器中，放入烘箱在低温下长时间保温，待自然冷却至室温，经热水浸泡、离心、洗涤、烘干后得到纳米多铋磷酸钠粉体光催化剂。粉体呈不规则薄板状，厚度约40nm，具有纯度高、结晶性好、光催化性能良好等优势。本发明专利技术的原料易得，制备工艺简单，反应温度低，而且成本低，产品在光催化净化处理技术等领域有着广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种纳米多铋磷酸钠粉体光催化剂及其制备方法，属于光催化剂

技术介绍
纺织、造纸、塑料、皮革等工业排出的废水中含有大量的有毒染料，造成了严重的环境污染，这些染料通常都有着复杂的芳香族分子结构，在环境中非常稳定，很难被生物降解，所以，如何高效地去除废水中的这些污染物是科学界亟待解决的问题。在过去的几十年时间里，半导体材料光催化剂不断发展，并成为最有前景的绿色化学技术之一。其中大量有关TiO2基光催化材料在紫外光辐照下降解染料的研究被报导，然而这类光催化剂的禁带宽度（3.8eV）较宽，可吸收的光波主要位于紫外区，对可见光的吸收较少，这严重限制了其应用。因此，发展一种新型高效的光催化剂一直是光催化领域所面临的挑战。通过大量的探索与研究，发现铋基化合物有着较高的光催化活性，而且在其中引入碱土金属可有效地减小禁带宽度。研究表明，非金属含氧酸盐BiPO4在紫外光照射下降解有机污染物时表现出良好的光致氧化性能，这主要是由于(PO4)3-中包含大量的负电荷，使得这些磷酸盐保留了大量的偶极子，而这些偶极子进而促使光生电荷分离。由此，在铋基磷酸盐中引入碱土金属是一项非常有意义的工作。新型纳米光催化剂材料NaBi7P2O16有着良好的光催化性能和吸收紫外光的能力，与TiO2相比，纳米多铋磷酸钠的禁带宽度（3.44eV）较窄，光响应范围更广，是一种具有潜在应用价值的污水净化光催化剂。目前，鲜有关于纳米多铋磷酸钠粉体制备方法的报导，且制备与其同属铋基磷酸盐的Na3Bi(PO4)2和Na3Bi2(PO4)3时所用的方法多为固相反应法。从光催化剂的性能和合成工艺方面考虑，该制备方法有一些不足之处，例如：该方法需要较高的烧结温度，这会造成大量能源损耗，不宜进行产品的大批量生产，而且温度过高会使得产品颗粒长大，粒径分布不均匀，颗粒之间容易团聚。因此，寻求一种更为经济简便的方法来制备粒径小、分散均匀、光催化效率高的纳米多铋磷酸钠粉体光催化剂具有积极的现实意义。
技术实现思路
本专利技术针对现有多铋磷酸钠粉体合成技术存在的不足，提供一种具有高效光催化性能、分散均匀、原料易得、制备周期短、能耗低、操作简便的纳米多铋磷酸钠粉体光催化剂及其制备方法。为达到上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种制备纳米多铋磷酸钠粉体光催化剂的方法，包括如下步骤：①按质量比1:8～1:16，将含铋的硝酸盐与含钠、磷的磷酸盐混合，研磨15～60分钟后得到充分混合均匀的原料；②将原料置于聚四氟乙烯容器中，再将聚四氟乙烯容器置于不锈钢反应釜内，反应釜密封后置于恒温烘箱中，在温度为120～200℃的条件下反应6～48h；③反应完成后，待产物自然冷却至室温，取出后置于温度为50～70℃的去离子水中浸泡0.5～6h，再经离心、洗涤、烘干处理，得到一种纳米多铋磷酸钠粉体光催化剂，其分子式为NaBi7P2O16。本专利技术所述的含铋的硝酸盐为Bi(NO3)3·5H2O。所述的含钠、磷的磷酸盐为Na3PO4·12H2O。制备方法中，步骤①中，含铋的硝酸盐与含钠、磷的磷酸盐的质量比为1:12；研磨时间为30分钟。步骤②中，恒温烘箱内的反应温度为180℃；反应时间为12h。步骤③中，去离子水的温度为60℃；浸泡时间为1h。本专利技术技术方案还包括按上述制备方法得到的纳米多铋磷酸钠粉体光催化剂。本专利技术的原理是：利用化合物Na3PO4·12H2O在78℃以上很容易被融化为熔盐，以及原料Bi(NO3)3·5H2O在熔盐内的液相传质，进而使得两种反应物之间能够充分接触反应，有效避免了原料混合不均或成分偏析等现象。与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果：1、本专利技术提供的纳米多铋磷酸钠粉体光催化剂的制备方法，其原料简单，易混合，反应温度低，有利于得到粒度小的纳米粉体；且制备周期短，重复性好，制备方法简单，易于操作。2、按本专利技术技术方案所制备的纳米粉体光催化剂纯度高，结晶性好，粒径小，分散性好，光催化效率高。附图说明图1是本专利技术实施例1制备的纳米多铋磷酸钠粉体光催化剂的X射线粉末衍射图谱；图2是本专利技术实施例1制备的纳米多铋磷酸钠粉体光催化剂的SEM图；图3是本专利技术实施例1制备的纳米多铋磷酸钠粉体光催化剂的TEM图；图4是本专利技术实施例1制备的纳米多铋磷酸钠粉体光催化剂的紫外漫反射吸收光谱，插图为其禁带宽度计算图谱；图5是本专利技术实施例1制备的纳米多铋磷酸钠粉体光催化剂降解甲基橙过程（C/C0）图谱，其中C0为甲基橙溶液的原始浓度，C为不同时刻的甲基橙溶液浓度；图6是本专利技术实施例1制备的纳米多铋磷酸钠粉体光催化剂降解甲基橙的光催化循环图，粉体经过5次循环回收，图中横坐标为光照时间，纵坐标为（C/C0）。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术技术方案作进一步的阐释。实施例1：将Bi(NO3)3·5H2O和Na3PO4·12H2O以质量比1:12称量，放入玛瑙研钵中，研磨30分钟，使两种原料充分混合均匀；将得到的混合物装入30mL聚四氟乙烯容器中，再将聚四氟乙烯罐放入不锈钢反应釜内，拧紧螺口使其密封，并放入恒温烘箱中，升温至180℃，温度保持12h恒定；反应完成后，待自然冷却至室温，取出反应物放入60℃的去离子水中，浸泡1h，再经离心、洗涤、烘干等步骤，得到纳米多铋磷酸钠粉体光催化剂。这种纳米粉体光催化剂的粒度约为30～100nm。参见附图1，它是本实施例制备的纳米多铋磷酸钠粉体光催化剂的XRD衍射图谱，从图1中可以看出，粉体的衍射峰都与标准JCPDS卡片（No.44-0188）相对应，且无杂峰存在，说明所合成的纳米粉体光催化剂为纯相NaBi7P2O16，衍射峰强度高而且尖锐，说明该粉体结晶性良好。参见附图2，它是本实施例制备的纳米多铋磷酸钠粉体光催化剂的形貌SEM图片，从图2中可以看出，粉体的形貌呈不规则纳米薄板状，薄板边缘清晰，棱角尖锐，说明粉体的结晶性良好，且分散性好。参见附图3，它是本实施例制备的纳米多铋磷酸钠粉体光催化剂的形貌TEM图片，从图3中可以看出，粉体粒度在30～100nm，厚度约40nm，颗粒有一定的形状。参见附图4，它是本实施例制备的纳米多铋磷酸钠粉体光催化剂的紫外漫反射吸收光谱，插图为其禁带宽度计算图谱。从图4中可以看出，纳米多铋磷酸钠粉体在300nm～400nm的波长范围内出现了明显的紫外吸收带，与插图计算得出的直接带宽度值3.44eV（361nm）相一致。参见附图5，它是本实施例制备的纳米多铋磷酸钠粉体光催化剂（0.1g）在紫外光照射下降解100mL甲基橙（10mg/L）过程（C/C0）图谱，其中C0为甲基橙溶液的原始浓度，C为不同时刻的甲基橙溶液浓度。从图5中可以看出，30分钟内甲基橙的降解率为97%。参见附图6，它是本实施例制备的纳米多铋磷酸钠粉体光催化剂在紫外光下的光催化循环图，取0.1g的粉体，在每次光催化反应结束后，通过离心的方式将样品收集起来，干燥之后重新用来降解相同体积相同浓度的甲基橙溶液，依次重复上述步骤五次，图中横坐标为光照时间，纵坐标为（C/C0）。从图6中可以看出，经过五次循环回收之后，NaBi7P2O16粉体对甲基橙溶液的光催化效率依然保持在72%。实施例2：将Bi(NO3)3·5H2O和Na3PO4·12H2O以质量比1:8本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备纳米多铋磷酸钠粉体光催化剂的方法，其特征在于包括如下步骤：①按质量比1:8～1:16，将含铋的硝酸盐与含钠、磷的磷酸盐混合，研磨15～60分钟后得到充分混合均匀的原料；②将原料置于聚四氟乙烯容器中，再将聚四氟乙烯容器置于不锈钢反应釜内，反应釜密封后置于恒温烘箱中，在温度为120～200℃的条件下反应6～48h；③反应完成后，待产物自然冷却至室温，取出后置于温度为50～70℃的去离子水中浸泡0.5～6h，再经离心、洗涤、烘干处理，得到一种纳米多铋磷酸钠粉体光催化剂，其分子式为NaBi7P2O16。

【技术特征摘要】
1.一种制备纳米多铋磷酸钠粉体光催化剂的方法，其特征在于包括如下步骤：①按质量比1:8～1:16，将含铋的硝酸盐与含钠、磷的磷酸盐混合，研磨15～60分钟后得到充分混合均匀的原料；②将原料置于聚四氟乙烯容器中，再将聚四氟乙烯容器置于不锈钢反应釜内，反应釜密封后置于恒温烘箱中，在温度为120～200℃的条件下反应6～48h；③反应完成后，待产物自然冷却至室温，取出后置于温度为50～70℃的去离子水中浸泡0.5～6h，再经离心、洗涤、烘干处理，得到一种纳米多铋磷酸钠粉体光催化剂，其分子式为NaBi7P2O16。2.根据权利要求1所述的一种制备纳米多铋磷酸钠粉体光催化剂的方法，其特征在于：所述的含铋的硝酸盐为Bi(NO3)3·5H2O。3.根据权利要求1所述的一种制备纳米多铋磷酸钠粉体光催化剂的方法，其特征在于：所述的含钠、磷的磷酸盐为Na3PO4·12...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑敏，李伟峰，王作山，
申请(专利权)人：江苏纳盾科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32