一种球状Bi2S3光催化材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种球状Bi2S3光催化材料的制备方法，属于光催化材料的合成技术领域。本发明专利技术的技术方案要点为：一种球状Bi2S3光催化材料的制备方法，具体包括球状Bi2WO6的制备和球状Bi2S3光催化材料的制备等步骤，该球状Bi2S3光催化材料是由直径40‑50nm、长度200‑250nm的Bi2S3纳米棒堆积而成的粒径为3‑5μm的球状颗粒。本发明专利技术采用水热法和离子交换法合成球状Bi2S3光催化材料，其具有较大的比表面积，从而展现出较高的可见光催化性能，合成过程工艺简单，绿色环保，适合规模化生产，有望产生良好的社会和经济效益。

Preparation method of spherical Bi2S3 photocatalytic material

The invention discloses a preparation method of spherical Bi2S3 photocatalytic material, which belongs to the synthesis technology field of photocatalysis material. The technological scheme of the present invention is a preparation method of spherical Bi2S3 photocatalytic materials, including spherical Bi2WO6 and preparation of spherical Bi2S3 photocatalytic material preparation steps, the spherical Bi2S3 photocatalytic material is spherical particles with a diameter of 40 50nm and 200 250nm length Bi2S3 nano rod packing the particle size of 3 5 m. The invention adopts hydrothermal method and ion exchange method synthesis of spherical Bi2S3 photocatalytic materials, which has large specific surface area, thus showing higher visible light photocatalytic properties, synthesis process is simple, green, suitable for large-scale production, is expected to have a good social and economic benefits.

【技术实现步骤摘要】
一种球状Bi2S3光催化材料的制备方法
本专利技术属于光催化材料的合成
，具体涉及一种球状Bi2S3光催化材料的制备方法。
技术介绍
当前全球面临着能源短缺和环境污染这两大问题，光催化技术在解决这两个问题上有着非常广阔的前景，因为光催化技术相对于其它的治理方法更加的有效、温和并且不存在二次污染。TiO2作为最常见的光催化材料具有无毒、无害、无腐蚀性、利用太阳光即可降解有机污染物的特点，非常安全经济。但TiO2的禁带宽度较大（约3.2eV），仅仅能吸收在紫外区387.5nm以下的太阳光，光响应范围较窄，量子效率比较低。所以光催化技术持续发展的一个方向就是寻找能高效地利用太阳光、对环境友好且价廉易得的新型半导体光催化材料。在这样的环境下，铋系光催化材料被深入研究，并且在材料科学界取得了很多重大成果。其中Bi2S3因其在光催化领域的巨大潜力引起了研究者的广泛关注，并且Bi2S3已经作为可见光催化剂被应用于光催化降解污染物、光催化生产新能源等方面。它的带隙宽度在1.2-1.7eV之间，是一种很常见的铋的硫化物，在可见光的照射下，很容易受到激发而生成光生电子-空穴对。Bi2S3晶体通常存在于斜方晶相和具有层状的结构中，它们具有不同的形态，比如：纳米片、纳米棒和纳米线。形貌对光催化剂的性能有很大影响，目前尚没有关于合成由纳米棒组成的球状Bi2S3光催化材料的相关报道。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供了一种操作简单、环境友好且具有良好可见光催化活性的球状Bi2S3光催化材料的制备方法。本专利技术为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种球状Bi2S3光催化材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：（1）球状Bi2WO6的制备，将聚乙烯吡咯烷酮和五水合硝酸铋溶于乙醇、冰乙酸和去离子水的混合溶液中，于室温搅拌15min后得到溶液A，取二水合钨酸钠溶于去离子水中得到溶液B，在搅拌状态下将溶液B加入到溶液A中并混合均匀，将混合溶液转移至反应釜中于180℃反应3h，冷却至室温，将沉淀用水和无水乙醇反复洗涤，然后于60℃真空干燥得到薄片堆积的球状Bi2WO6；（2）球状Bi2S3光催化材料的制备，将球状Bi2WO6分散于去离子水中，再依次加入巯基丙酸和硫代乙酰胺，其中Bi2WO6和硫代乙酰胺的投料摩尔比为1:2，搅拌混合均匀后用氢氧化钠溶液调节混合溶液的pH值为10.5，再继续搅拌混合均匀后转入反应釜中于180℃反应3h，然后将所得沉淀物离心分离，用去离子水和无水乙醇洗涤后于60℃真空干燥即制得球状Bi2S3光催化材料，该球状Bi2S3光催化材料是由直径40-50nm、长度200-250nm的Bi2S3纳米棒堆积而成的粒径为3-5μm的球状颗粒。进一步优选，步骤（1）中所述五水合硝酸铋和二水合钨酸钠的投料摩尔比为2:1，所述乙醇、冰乙酸和去离子水的体积比为1:1:3，所述五水合硝酸铋与乙醇的投料配比为1mmol:5mL，所述聚乙烯吡咯烷酮与五水合硝酸铋的投料配比为0.2g:1mmol。本专利技术采用水热法和离子交换法合成球状Bi2S3光催化材料，其具有较大的比表面积，从而展现出较高的可见光催化性能，合成过程工艺简单，绿色环保，适合规模化生产，有望产生良好的社会和经济效益。附图说明图1是本专利技术实施例1制得的Bi2S3光催化材料的FESEM图；图2是本专利技术实施例1制得的Bi2S3光催化材料的UV-VisDRS图谱；图3是本专利技术实施例1制得的Bi2S3光催化材料的XRD图谱；图4是本专利技术实施例1制得的Bi2S3光催化材料的mapping图谱；图5是本专利技术实施例1制得的Bi2S3光催化材料在可见光照射下对罗丹明B的紫外可见吸收光谱变化曲线。具体实施方式以下通过实施例对本专利技术的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本专利技术上述内容实现的技术均属于本专利技术的范围。实施例1称取0.2g聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和1mmol五水合硝酸铋溶于5mL乙醇、5mL冰乙酸和15mL去离子水的混合溶液中,室温搅拌15min得到溶液A，再取0.5mmol二水合钨酸钠溶解于10mL去离子水中得到溶液B，在搅拌的状态下将溶液B缓慢加入到溶液A中，再次搅拌30min确保反应试剂混合均匀，最后将混合溶液倒入内衬为聚四氟乙烯的反应釜中于180℃反应3h，冷却至室温，将沉淀用去离子水和无水乙醇洗涤数次，再转移至真空干燥箱中于60℃干燥10h得到球状Bi2WO6；取0.5mmol上述制备的球状Bi2WO6分散于去离子水中，再依次加入0.008mL巯基丙酸和1mmol硫代乙酰胺，搅拌混合均匀后用摩尔浓度为0.02mol/L的氢氧化钠溶液调节混合溶液的pH值为10.5，再继续搅拌混合均匀后转入反应釜中于180℃反应3h，然后将所得沉淀物离心分离，用去离子水和无水乙醇洗涤后于60℃真空干燥即制得球状Bi2S3光催化材料。图1是本实施例制得的Bi2S3光催化材料的FESEM图，由图可以看出样品呈球状，直径为3-5μm，从破损的样品个体可以看出，该球状Bi2S3光催化材料是由直径40-50nm、长度200-250nm的Bi2S3纳米棒堆积而成的粒径为3-5μm的球状颗粒。图2是本实施例制得的Bi2S3光催化材料的UV-VisDRS图谱。图3是本实施例制得的Bi2S3光催化材料的XRD图谱，图中Bi2S3各衍射峰位置与正交晶相Bi2S3（JCPDS17-0320）完全吻合，并且没有出现其它杂峰，说明在合成过程中没有其它副产物生成，图谱中样品的衍射峰清晰且尖锐，表明其结晶度高，晶形发育较完整。图4是本实施例制得的Bi2S3光催化材料的mapping图谱，此图展现出光催化材料Bi2S3中元素Bi、S的分布区域，可见元素均匀的分布在微球上，进一步证明制得的是Bi2S3。实施例2光催化降解罗丹明B：采用500W氙灯作为光源，配备420nm的滤波片获取可见光，即波长小于420nm的光不能通过，可有效地避免紫外光干扰，周围是内部通有冷却水的石英冷却阱。实验过程如下：用电子天平称取50mg样品，将其缓慢的倒入石英管中，再用量筒量取50mL质量浓度为10mg/L的罗丹明B溶液，倒入装有样品的石英管内，超声30min，使样品能够均匀分布，然后将石英管固定在光催化反应仪中。先打开冷却水，再打开鼓泡机，鼓泡30min，使其达到吸附-脱附平衡，然后开启氙灯电源，待光源稳定开始计时，每20min取一次样，所取样品体积约为4mL，取出的溶液在离心机上进行离心，将上层清液倒出，准确测量其吸光度，得到对罗丹明B的降解情况，从而评价样品的可见光催化性能。图5是实施例1制得的Bi2S3光催化材料在可见光照射下降解罗丹明B的紫外可见吸收光谱变化曲线，由图可以看出，随着光催化反应时间的延长，罗丹明B在553nm处的最大吸收峰强度逐渐减弱，表明制得的Bi2S3光催化材料对罗丹明B具有较好的可见光催化降解活性。以上实施例描述了本专利技术的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本专利技术不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本专利技术的原理，在不脱离本专利技术原理的范围下，本专利技术还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本专利技术保护的范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种球状Bi2S3光催化材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：（1）球状Bi2WO6的制备，将聚乙烯吡咯烷酮和五水合硝酸铋溶于乙醇、冰乙酸和去离子水的混合溶液中，于室温搅拌15min后得到溶液A，取二水合钨酸钠溶于去离子水中得到溶液B，在搅拌状态下将溶液B加入到溶液A中并混合均匀，将混合溶液转移至反应釜中于180℃反应3h，冷却至室温，将沉淀用水和无水乙醇反复洗涤，然后于60℃真空干燥得到薄片堆积的球状Bi2WO6；（2）球状Bi2S3光催化材料的制备，将球状Bi2WO6分散于去离子水中，再依次加入巯基丙酸和硫代乙酰胺，其中Bi2WO6和硫代乙酰胺的投料摩尔比为1:2，搅拌混合均匀后用氢氧化钠溶液调节混合溶液的pH值为10.5，再继续搅拌混合均匀后转入反应釜中于180℃反应3h，然后将所得沉淀物离心分离，用去离子水和无水乙醇洗涤后于60℃真空干燥即制得球状Bi2S3光催化材料，该球状Bi2S3光催化材料是由直径40‑50nm、长度200‑250nm的Bi2S3纳米棒堆积而成的粒径为3‑5μm的球状颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种球状Bi2S3光催化材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：（1）球状Bi2WO6的制备，将聚乙烯吡咯烷酮和五水合硝酸铋溶于乙醇、冰乙酸和去离子水的混合溶液中，于室温搅拌15min后得到溶液A，取二水合钨酸钠溶于去离子水中得到溶液B，在搅拌状态下将溶液B加入到溶液A中并混合均匀，将混合溶液转移至反应釜中于180℃反应3h，冷却至室温，将沉淀用水和无水乙醇反复洗涤，然后于60℃真空干燥得到薄片堆积的球状Bi2WO6；（2）球状Bi2S3光催化材料的制备，将球状Bi2WO6分散于去离子水中，再依次加入巯基丙酸和硫代乙酰胺，其中Bi2WO6和硫代乙酰胺的投料摩尔比为1:2，搅拌混合均匀后用氢氧化钠溶液调节...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建国，刘璐璐，李莉，游盛楠，史小昆，赵凤英，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：河南,41