制备高效含Bi光催化剂的方法及其所制备的含Bi光催化剂技术

本发明专利技术公开了一种制备高效含Bi光催化剂的方法及其所制备的含Bi光催化剂，所述方法由下列步骤组成：钛源溶液的制备；铋源溶液的制备；反应；过滤收集；焙烧。本发明专利技术采用P25(TiO2)为钛源，经过与Bi(NO3)3溶液浸渍吸附，高温处理后可得具有Bi负载的纳米TiO2光催化剂。该种光催化剂的紫外可见吸收具有明显的红移，可以拓展至可见光范围内，并且该种催化剂制备方法简单，原料易得，对生产设备要求低，便于实现工业化的操作。

Method for preparing highly efficient Bi containing photocatalyst and Bi photocatalyst prepared by the method

The present invention discloses a method for preparing highly efficient Bi containing photocatalyst and its prepared Bi containing photocatalyst. The method consists of the following steps: preparation of titanium source solution; preparation of bismuth source solution; reaction; filtering collection; roasting. The P25 (TiO2) is used as the titanium source, and then the nano TiO2 photocatalyst with Bi load can be obtained by impregnation and adsorption with Bi (NO3) 3 solution at high temperature. The ultraviolet visible absorption of the photocatalyst has obvious red shift, which can be extended to the visible light range, and the preparation method of the catalyst is simple, the raw materials are easy to obtain, the equipment requirements are low, and the industrial operation is easy to realize.

【技术实现步骤摘要】
制备高效含Bi光催化剂的方法及其所制备的含Bi光催化剂
本专利技术涉及无机功能材料领域，具体涉及一种制备高效含Bi光催化剂的方法及其所制备的含Bi光催化剂。
技术介绍
当今社会，环境问题日益凸显，生活、工业有机废水大量产生，这使得生态环境逐渐恶化，怎样来处理这些废水成为当下科研人员的焦点之一。近年来，采用半导体纳米粒子复合光催化法治理环境污水是比较热门的技术。为了提高光催化活性，提出了复合半导体氧化物的思路。两种半导体之间的能级差能使电荷有效分离，从而使其激发波长延伸到更大的范围，甚至是可见光波段。半导体TiO2光催化氧化具有很广阔的应用前景，其作为一种高级氧化技术，在抗菌、防臭、空气净化和污水处理等方面得到了广泛的应用。但是TiO2的自身的禁带宽度3.2eV较大，只能够被紫外光(λ≤387nm)所激发，光量子效率很低，因此极大的限制了其在工业方面的应用。所以为克服这一问题，将另一种禁带宽度较低的半导体氧化物与之复合。半导体Bi2O3的带隙为2.6eV，可以吸收波长较长的可见光，因此半导体Bi2O3成为理想的复合对象。丁鹏等通过采用NaOH沉淀法制备了Bi2O3/TiO2，并将其用于固气条件下，可见光降解甲苯，当n(Ti)∶n(Bi)＝0.03∶1，750℃下光催化活性最好。但该方法的NaOH用量比较大，使后期的污水较难处理，同时也势必造成NaOH的利用率低。而且该方法采用高温条件750℃下处理污染物，处理成本高。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术的目的是提供一种制备高效含Bi光催化剂的方法及其所制备的含Bi光催化剂，本专利技术催化剂具有更广泛的可见光响应范围和更好的催化活性，对有机污染废水具有较高的催化氧化降解能力。为达到上述技术目的，本专利技术的技术方案如下：制备高效含Bi光催化剂的方法，由下列步骤组成：(1)钛源溶液的制备：配制硝酸溶液，将二氧化钛溶解于硝酸溶液中；(2)铋源溶液的制备：以Bi(NO3)3·5H2O为铋源，将其溶解于硝酸溶液中；(3)反应：将钛源溶液与铋源溶液定量量取，混合后持续剧烈搅拌，反应后静置沉降；(4)过滤收集：将上述沉淀洗涤过滤，在烘箱中干燥，冷却至室温收集备用；(5)焙烧：把上述收集到的中间产物在马弗炉中焙烧，得到最终的产物BTO，即高效含Bi光催化剂。其中，所述步骤(1)和(2)中的硝酸溶液浓度是0.1～3mol/L。其中，所述步骤(1)中二氧化钛是P25二氧化钛或工业钛白。其中，所述步骤(3)中Bi(NO3)3·5H2O溶于硝酸溶液后的浓度是0.1～5mol/L。其中，所述步骤(3)中定量量取是按照Bi/(Bi+Ti)＝0.2～2的比例量取。其中，所述步骤(3)中剧烈搅拌的时间是2～48小时。其中，所述步骤(3)中静置沉降的时间是24～72小时。其中，所述步骤(4)中烘箱中的干燥温度是70～110℃，干燥时间是2～8小时。其中，所述步骤(5)中马弗炉的焙烧条件是200～900℃焙烧1～8小时。本专利技术还提供一种含Bi光催化剂，由制备高效含Bi光催化剂的方法所制备，所述含Bi光催化剂中Bi/(Bi+Ti)＝0.2～2。上述这样的Bi/Ti摩尔比使含Bi光催化剂具有更好的可见光响应程度，从而具有更广泛的光响应范围和更好的光催化活性。锐钛矿的TiO2因其禁带宽度(Eg＝3.2eV)较大，只能被波长较短(λ≤380)的紫外光所激发，而常见的自然光中紫外光仅占不到5％，可见光所占比例为45％。为此，若要使TiO2在可见光中响应，就要降低材料的禁带宽度。Bi2O3的禁带宽度约在2.6eV，将Bi2O3与TiO2进行复合，能够使复合材料的禁带宽度降至2.8eV左右，在可见光范围内具有明显的吸收，同时Bi2O3中的Bi通过O与Ti之间形成有效的桥连结构，使得复合材料之间形成一种P-N的异质结，当受到光激发后，Bi2O3导带上的电子转移至TiO2的导带(CB)上，同时TiO2价带(VB)上的空穴则转移至Bi2O3价带上，完成电子空穴的转移，并能有效的抑制其复合，从而提高了光催化氧化能力。本专利技术采用P25或工业钛白为钛源，Bi(NO3)3·5H2O为铋源，在液相体系中混合后，过滤沉淀，高温焙烧后得到有Bi负载的纳米TiO2光催化剂，具有高效光催化活性。该种复合光催化剂的特点在于利用禁带较小的半导体氧化物与禁带较大的半导体复合，使得复合光催化剂的能带趋于适中，并且能够在可见光条件下被激发，较易产生光生电子空穴对，并进一步的提升电子和空穴的分离效率，最终提高光催化氧化活性。该种光催化剂，相对于传统的钛白粉，其紫外可见吸收具有明显的红移，甚至可以拓展至可见光范围内。本专利技术的制备高效含Bi光催化剂的方法，运用了合适的Bi/Ti的摩尔比，从而能够得到活性很好的光催化剂。其所制备的含Bi光催化剂采用两种不同带隙宽度的半导体复合，复合的过程就能够在半导体与半导体之间形成具有电子效应的p-n电子异质结，在外界能量较低的可见光源下照射，就能被激发产生光生电子空穴对，同时这种异质结能有效的起到分离电子与空穴的作用，以能带较低的Bi2O3修饰TiO2，就达到了此效果，这不仅提高了TiO2的光催化氧化能力，同时使之拓展到了可见光的范围，进一步增加了其应用范围。本专利技术制备的含Bi光催化剂中，通过调节不同的Bi/Ti原子比例，经过相应的复合高温煅烧后得到了具有不同的可见光响应程度，同时煅烧后形成的复合材料中Bi2O3相与TiO2相之间形成了p-n异质结，能够有效的使光照激发后产生的电子、空穴分离并能有效传输，且能抑制其复合，大大提高了光催化氧化的能力。本专利技术提供的制备方法合成步骤简单，成本低，所需设备简易，产品效果较好。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本专利技术所限定的范围。制备高效含Bi光催化剂的方法，由下列步骤组成：(1)钛源溶液的制备：配置硝酸溶液，将二氧化钛溶解于硝酸溶液中；(2)铋源溶液的制备：以Bi(NO3)3·5H2O为铋源，将其溶解于硝酸溶液中；(3)反应：将钛源溶液与铋源溶液定量量取，混合后持续剧烈搅拌，反应后静置沉降；(4)过滤收集：将上述沉淀洗涤过滤，在烘箱中干燥，冷却至室温收集备用；(5)焙烧：把上述收集到的中间产物在马弗炉中焙烧，得到最终的产物BTO。其中，所述步骤(1)和(2)中的硝酸溶液浓度是0.1～3mol/L。其中，所述步骤(1)中二氧化钛是P25二氧化钛或工业钛白。其中，所述步骤(3)中Bi(NO3)3·5H2O溶于硝酸溶液后的浓度是0.1～5mol/L。其中，所述步骤(3)中定量量取是按照Bi/(Bi+Ti)＝0.2～2的比例量取。其中，所述步骤(3)中剧烈搅拌的时间是2～48小时。其中，所述步骤(3)中静置沉降的时间是24～72小时。其中，所述步骤(4)中烘箱中的干燥温度是70～110℃，干燥时间是2～8小时。其中，所述步骤(5)中马弗炉的焙烧条件是200～900℃焙烧1～8小时。本专利技术的含Bi光催化剂，由制备高效含Bi光催化剂的方法所制备，所述含Bi光催化剂中Bi/(Bi+Ti)＝0.2～2。本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备高效含Bi光催化剂的方法，其特征在于，所述方法由下列步骤组成：(1)钛源溶液的制备：配制硝酸溶液，将二氧化钛溶解于硝酸溶液中；(2)铋源溶液的制备：以Bi(NO3)3·5H2O为铋源，将其溶解于硝酸溶液中；(3)反应：将钛源溶液与铋源溶液定量量取，混合后持续剧烈搅拌，反应后静置沉降；(4)过滤收集：将上述沉淀洗涤过滤，在烘箱中干燥，冷却至室温收集备用；(5)焙烧：把上述收集到的中间产物在马弗炉中焙烧，得到最终的产物高效含Bi光催化剂BTO。

【技术特征摘要】
1.制备高效含Bi光催化剂的方法，其特征在于，所述方法由下列步骤组成：(1)钛源溶液的制备：配制硝酸溶液，将二氧化钛溶解于硝酸溶液中；(2)铋源溶液的制备：以Bi(NO3)3·5H2O为铋源，将其溶解于硝酸溶液中；(3)反应：将钛源溶液与铋源溶液定量量取，混合后持续剧烈搅拌，反应后静置沉降；(4)过滤收集：将上述沉淀洗涤过滤，在烘箱中干燥，冷却至室温收集备用；(5)焙烧：把上述收集到的中间产物在马弗炉中焙烧，得到最终的产物高效含Bi光催化剂BTO。2.根据权利要求1所述的制备高效含Bi光催化剂的方法，其特征在于，所述步骤(1)和(2)中的硝酸溶液浓度是0.1～3mol/L。3.根据权利要求1所述的制备高效含Bi光催化剂的方法，其特征在于，所述步骤(1)中二氧化钛是P25二氧化钛或工业钛白。4.根据权利要求1所述的制备高效含Bi光催化剂的方法，其特征在于，所述步...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡建国，石洪雁，梅伟刚，
申请(专利权)人：江苏海普功能材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32