一种简易调控制备不同晶型铋钛复合氧化物光催化剂的方法及其应用技术

本发明专利技术公开一种简易调控制备不同晶型铋钛复合氧化物光催化剂的方法及其应用。采用配制静电纺丝溶液，通过静电纺丝装置在高压静电作用下将所制备的聚乙烯吡咯烷酮/氯化铋/钛酸正丁酯前驱体溶液电纺成聚乙烯吡咯烷酮/氯化铋/钛酸正丁酯复合纳米纤维，然后将复合纳米纤维在不同温度下煅烧生成不同晶型的铋钛复合氧化物。所制备的聚乙烯吡咯烷酮/氯化铋/钛酸正丁酯复合纳米纤维通过控制煅烧温度可以调控氧化物晶型，煅烧所得的复合氧化物在模拟太阳光下能有效降解盐酸四环素溶液。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种抗生素类有机废水处理的铋钛复合氧化物光催化剂的制备方法及其应用。
技术介绍
自1943年，青霉素被应用于临床，抗生素迅速得到发展。现如今，在实际生产和生活中都大量使用了抗生素类物质，导致了抗生素的滥用，使地下水、地表水还是土壤中都有了抗生素的残留。虽然残留的浓度不高，但抗生素的长期存在可能会导致耐药细菌和抗生素抗性基因的传输和传播，从而严重影响生态系统。目前抗生素的环境污染问题及毒理效应已成为全球面临的环境问题之一。盐酸四环素是一种广谱抗生素，比拟其它抗生素，盐酸四环素能长期存在于环境中，并且难于降解，因而更容易残留于环境中。光催化技术在太阳能的驱动下，既可以催化降解各类污染物，又可以催化分解水生成氢气和氧气，是一种绿色、高效、能解决能源和环境污染问题的有效方法。TiO2光催化剂是环境和能源化学领域研究的热点：TiO2高效、无毒，但其禁带宽度大、量子产率低，难以有效利用太阳光，所以光催化材料研究的热点之一是开发具有较高活性的新型半导体光催化剂。BiOCl是一种具有高度各向异性的层状结构半导体，有利于光生电子与空穴的分离，且具有宽光谱响应性能。钛酸铋化合物是由Bi2O3和TiO2复合形成的具有多种晶相结构的复合氧化物，在它们的结构中均存在TiO6八面体或TiO4四面体，而与之相连接的BiOn多面体中，Bi的6s轨道和O的2p轨道杂化而构成价带，使得化合物的带隙变窄，吸收边红移，这类化合物具有较低的带隙能(2.6eV-2.8eV)。所以，开发具有更高催化活性的铋钛复合氧化物光催化材料是光催化科学研究中的一个方向。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种简易调控制备不同晶型铋钛复合氧化物光催化剂的方法及其应用，用此方法制备的铋钛复合氧化物在模拟太阳光下能有效降解抗生素类有机污染物，且只需要简单的调控煅烧温度就能调控晶型，寻找出最佳铋钛复合氧化物光催化剂，操作方法简单。为实现本专利技术的目的采用技术方案如下：一种静电纺丝制备铋钛复合氧化物光催化剂的制备方法，其特征在于：(1)称取氯化铋溶于20mLN,N二甲基甲酰胺和5mL乙酸中，加入2g聚乙烯吡咯烷酮，搅拌至溶液澄清，滴加钛酸正丁酯溶液，搅拌2h，形成均一黄色透明的纺丝前驱体溶液；(2)移取前驱体溶液到注射器中，放入静电纺丝设备中，进行纺丝；(3)将所获得的纤维进行煅烧处理，煅烧温度为300oC-700oC，最后在空气中冷却至室温即可得到不同晶型的铋钛复合氧化物。所述的氯化铋与钛酸正丁酯的摩尔比为1:1。纺丝条件为：电压为23kV，推流速度为1mL/h，接收距离为15cm，环境温度为35oC。煅烧过程升温速率2oC/min，恒温3h。上述方法所制得的铋钛复合氧化物光催化剂，在抗生素类有机废水处理中的应用。上述方法所制得的铋钛复合氧化物光催化剂处理盐酸四环素溶液的方法，其步骤为：取权利要求1所制得的铋钛复合氧化物光催化剂置于光催化反应器中，加入盐酸四环素溶液，先暗处理1h使其达到吸脱附平衡；然后用氙灯（模拟太阳光）照射，每隔一段时间取样，离心分离，用紫外分光光度计测定上清液吸光度，其中盐酸四环素溶液的最大吸收峰波长为364nm，根据所得的吸光度计算降解情况（η=C/C0=A/A0）。具体地说，本专利技术所述的一种静电纺丝制备铋钛复合氧化物光催化剂的制备方法，包括如下步骤：称取氯化铋溶于20mLN,N二甲基甲酰胺和5mL乙酸中；加入2g聚乙烯吡咯烷酮，搅拌至溶液澄清后；滴加钛酸正丁酯溶液，搅拌2h形成均一黄色透明的纺丝前驱体溶液。取前驱体溶液到注射器中，放入静电纺丝设备中，进行纺丝。将所获得的纤维进行煅烧处理，煅烧温度为300oC-700oC，最后在空气中冷却至室温即可得到不同晶型的铋钛复合氧化物。上述步骤中，所述的氯化铋与钛酸正丁酯的摩尔比为1:1。所述的纺丝条件为：电压为23kV，推流速度为1ml/h，接收距离为15cm，温度为35oC。所述的煅烧过程升温速率2oC/min，恒温3h。铋钛复合氧化物光催化剂用于有机废水处理的应用。本专利技术的优点是：采用静电纺丝技术制备氧化物，设备简单，操作容易，可大量制备；通过煅烧温度即可调控晶型，使光催化效果达到最佳。材料可以在模拟太阳光下直接用于抗生素类废水如盐酸四环素的光催化处理。合成工艺简单，在有机废水方面具有很好的应用前景。附图说明图1为聚乙烯吡咯烷酮/氯化铋/钛酸正丁酯复合纳米纤维的SEM图。图2为聚乙烯吡咯烷酮/氯化铋/钛酸正丁酯复合纳米纤维在不同温度煅烧下的XRD图。图3为模拟太阳光照射下，本专利技术的铋钛复合氧化物光催化剂对盐酸四环素降解情况对比曲线图。具体实施方式实施例1：氯化铋(BiCl3)溶于20mlN,N二甲基甲酰胺和5ml乙酸中；加入2g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，搅拌至溶液澄清后；滴加钛酸正丁酯(Ti(OiPr)4)溶液，搅拌2h形成均一黄色透明的纺丝前驱体溶液。取前驱体溶液到注射器中，放入静电纺丝设备中，进行纺丝。将所获得的纤维进行煅烧处理，煅烧温度为300oC-700oC，最后在空气中冷却至室温即可得到不同晶型的钛酸铋复合氧化物。具体步骤为：1、取0.315g氯化铋溶于20mlN,N二甲基甲酰胺和5ml乙酸中，搅拌至澄清。2、在搅拌状态下，向上述溶液中加入2g聚乙烯吡咯烷酮，搅拌至澄清。3、在上述溶液中滴加0.34ml钛酸正丁酯溶液，搅拌2h形成均一黄色透明的纺丝前驱体溶液。4、通过静电纺丝设备，在电压为23KV，推流速度为1ml/h，接收距离为15cm，温度为35oC的条件下，静电纺丝得到PVP/BiCl3/Ti(OiPr)4复合纳米纤维。5、将PVP/BiCl3/Ti(OiPr)4复合纳米纤维在马弗炉中煅烧，升温速率为2oC/min下，分别在温度300oC-700oC恒温3h。实施例2：在模拟太阳光照射下，实施例1制备方法所制得的光催化剂分别对50mg/L的盐酸四环素溶液进行光催化处理。1、分别称取100mg实施例1制备方法所得到的光催化剂置于光催化反应器中。2、加入100ml盐酸四环素溶液（50mg/L）。3、光照前，将混合液在暗室下避光磁力搅拌1h，使体系达到吸附/脱附平衡，取样并离心分离。4、然后用模拟太阳光（氙灯）照射，作为光催化剂的激发光源，每隔20min取样并离心分离。将所获得的上清液用紫外分光光度计测定吸光度(其中盐酸四环素溶液的最大吸收峰波长为364nm)，根据所得的吸光度绘制降解情况对比曲线图，如图3所示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种静电纺丝制备铋钛复合氧化物光催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1) 称取氯化铋溶于20 mL N,N二甲基甲酰胺和5 mL乙酸中，加入 2 g 聚乙烯吡咯烷酮，搅拌至溶液澄清，滴加钛酸正丁酯溶液，搅拌2 h，形成均一黄色透明的纺丝前驱体溶液；(2) 移取前驱体溶液到注射器中，放入静电纺丝设备中，进行纺丝；(3) 将所获得的纤维进行煅烧处理，煅烧温度为300 oC‑700 oC，最后在空气中冷却至室温即可得到不同晶型的铋钛复合氧化物。

【技术特征摘要】
1.一种静电纺丝制备铋钛复合氧化物光催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)称取氯化铋溶于20mLN,N二甲基甲酰胺和5mL乙酸中，加入2g聚乙烯吡咯烷酮，搅拌至溶液澄清，滴加钛酸正丁酯溶液，搅拌2h，形成均一黄色透明的纺丝前驱体溶液；(2)移取前驱体溶液到注射器中，放入静电纺丝设备中，进行纺丝；(3)将所获得的纤维进行煅烧处理，煅烧温度为300oC-700oC，最后在空气中冷却至室温即可得到不同晶型的铋钛复合氧化物。2.根据权利要求1所述的铋钛复合氧化物光催化剂的制备方法，其特征在于所述的氯化铋与钛酸正丁酯的摩尔比为1:1。3.根据权利要求1所述的铋钛复合氧化物光催化剂的制备方法，其特征在于纺丝条件为：电压为23kV，推流速度...

【专利技术属性】
技术研发人员：许玉羡，罗永晋，刘欣萍，陈庆华，钱庆荣，
申请(专利权)人：福建师范大学，
类型：发明
国别省市：福建;35