一种钛酸铋纳米片的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种钛酸铋纳米片的制备方法，包括如下步骤：1)将钛的羟基氧化物与KOH加入到水中，搅拌均匀得到悬浊液，进行第一次水热反应，得到钛酸钾纳米线；2)将钛酸钾纳米线分散在水中，加入Bi(NO3)3和KOH，搅拌均匀得到前驱体溶液，进行第二次水热反应，得到Bi4Ti3O12纳米片。该制备工艺中不需要额外添加表面活性剂，减少了产物后续处理过程，此种方法的制备过程简单，易于控制，成本低，易于规模化生产。

Preparation method of bismuth titanate nanosheet

The invention relates to a preparation method of bismuth titanate nanosheets, which comprises the following steps: 1) adding titanium hydroxide and KOH into water, stirring uniformly to obtain suspension, conducting the first hydrothermal reaction to obtain potassium titanate nanowires; 2) dispersing potassium titanate nanowires in water, adding Bi (NO3) 3 and KOH, stirring uniformly to obtain potassium titanate nanowires. The precursor solution was subjected to second hydrothermal reactions to obtain Bi4Ti3O12 nanosheets. The preparation process is simple, easy to control, low cost and large-scale production.

【技术实现步骤摘要】
一种钛酸铋纳米片的制备方法
本专利技术涉及钛酸铋的制备领域，具体涉及一种钛酸铋纳米片的制备方法。
技术介绍
环境污染问题日益严俊，其中水污染问题是环境污染的重中之重，开发有效的污水处理工艺一直以来都是环境保护工作的重点。在众多解决方法中，半导体光催化降解技术表现尤为突出，利用半导体光催化原理，可以将有机污染物降解成无毒害的小分子，实际操作简单，产生的二次污染很少，该技术具有很好的应用前景，寻找新型高效的光催化剂是使得该技术大规模发展的关键之处。Bi4Ti3O12因其特殊的层状晶体结构，具有良好的光催化活性，有希望成为大规模应用的光催化材料。Bi4Ti3O12的制备方法可分为固相反应法和湿化学方法，固相法制备所需温度较高，生成产物不仅团聚严重，而且形貌难以控制。相对于固相反应法，溶胶-凝胶法、共沉淀法、水热法、熔盐法等湿化学方法可以在较低的温度下实现钛酸铋的合成。其中，水热法可以有效地制备出具有规则刻面的纳米片。如Sun等(SunX,XuG,BaiH,etal.Hydrothermalsynthesisandformationmechanismofsingle-crystalAuivilliusBi4Ti3O12,nanosheetswithammoniumbismuthcitrate(C6H10BiNO8)asBisources[J].JournalofCrystalGrowth,2017,476.)以柠檬酸铋铵和Ti(OC4H9)4为原料，KOH为矿化剂，在200℃下水热反应得到Bi4Ti3O12纳米片。Chen等(ChenZ,HongJ,JinW,etal.EnhancedphotocatalyticperformanceoverBi4Ti3O12,nanosheetswithcontrollablesizeandexposed{001}facetsforRhodamineBdegradation[J].AppliedCatalysisBEnvironmental,2016,180:698-706.)首次通过溶胶-凝胶水热法合成了{001}面暴露的单晶Bi4Ti3O12纳米片。截止到目前为止，利用水热法制备Bi4Ti3O12纳米片的工艺中往往都是需要额外加入表面修饰剂，导致产物后续处理比较麻烦。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种钛酸铋纳米片的制备方法，不需要额外添加表面修饰剂。本专利技术所提供的技术方案为：一种钛酸铋纳米片的制备方法，包括如下步骤：1)将钛的羟基氧化物与KOH加入到水中，搅拌均匀得到悬浊液，进行第一次水热反应，得到钛酸钾纳米线；2)将钛酸钾纳米线分散在水中，加入Bi(NO3)3和KOH，搅拌均匀得到前驱体溶液，进行第二次水热反应，得到Bi4Ti3O12纳米片。本专利技术中采用两步水热反应即可得到Bi4Ti3O12纳米片，制备工艺中不需要额外添加表面修饰剂，有利于环境的可持续发展，减少污染。由先制备得到的钛酸钾纳米线作为钛源，利用此钛源更容易得到Bi4Ti3O12纳米片，且形成的纳米片形状更为规则。本专利技术所述步骤1)中钛的羟基氧化物的制备包括：将钛酸四丁酯溶于无水乙醇中，形成浓度为0.05～0.2mol/L的钛酸四丁酯无水乙醇溶液，然后滴入去离子水，水解得到钛的羟基氧化物沉淀。作为优选，所述钛酸四丁酯无水乙醇溶液的浓度为0.14～0.16mol/L。本专利技术所述步骤1)悬浊液中KOH的浓度为8～10mol/L。作为优选，所述KOH的浓度为9.5～10mol/L。本专利技术所述步骤1)悬浊液中Ti4+离子浓度为0.125～0.25mol/L。作为优选，所述Ti4+离子浓度为0.22～0.23mol/L。本专利技术所述步骤1)中第一次水热反应的温度为180～240℃，时间为16～24h。作为优选，所述第一次水热反应的温度为195～205℃，时间为19～21h。本专利技术所述步骤2)前驱体溶液中Bi3+的离子浓度与Ti4+的离子浓度之比为1:0.75～1.2。作为优选，前驱体溶液中Bi3+的离子浓度与Ti4+的离子浓度之比为1:1.1～1.2。本专利技术所述步骤2)前驱体溶液中Bi3+的离子浓度为0.18～0.22mol/L。本专利技术所述步骤2)前驱体溶液中Ti4+的离子浓度为0.15～0.23mol/L。作为优选，所述Ti4+离子浓度为0.22～0.23mol/L。本专利技术所述步骤2)前驱体溶液中KOH浓度为0.5～1.5mol/L。作为优选，所述KOH浓度为0.9～1.1mol/L。本专利技术所述步骤2)中第二次水热反应的温度为180～220℃，时间27～32h。作为优选，所述第二次水热反应的温度为215～220℃，时间30～31h。同现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：(1)本专利技术制备工艺中不需要额外添加表面活性剂，减少了产物后续处理过程，此种方法的制备过程简单，易于控制，成本低，易于规模化生产。(2)本专利技术通过对制备工艺的条件进行优化，得到的产物的结晶性与分散性更优。附图说明图1为实施例1制备的钛酸钾纳米线的SEM照片；图2为实施例1制备的Bi4Ti3O12纳米片的XRD图；图3为实施例1制备的Bi4Ti3O12纳米片的SEM照片；图4为实施例2制备的Bi4Ti3O12纳米片的XRD图；图5为实施例2制备的Bi4Ti3O12纳米片的SEM照片；图6为实施例3制备的Bi4Ti3O12纳米片的XRD图；图7为实施例3制备的Bi4Ti3O12纳米片的SEM照片；图8为对比例1制备的钛酸铅纳米片的XRD图；图9为对比例1制备的钛酸铅纳米片的SEM照片；图10为对比例2制备的钛酸锶四方相颗粒的XRD图；图11为对比例2制备的钛酸锶四方相颗粒的SEM照片；图12为对比例3制备的长方体相CaTiO3的XRD图；图13为对比例3制备的长方体相CaTiO3的SEM照片；图14为对比例4制备的钛酸铋的XRD图；图15为对比例4制备的钛酸铋的SEM照片。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术作进一步说明。实施例11)计量称取6mmol钛酸四丁酯溶于60mL无水乙醇溶剂中，形成浓度为0.1mol/L的钛酸四丁酯无水乙醇溶液，然后滴入去离子水，水解得到钛的羟基氧化物沉淀，用无水乙醇和去离子水清洗；2)将步骤1)所制备的钛的羟基氧化物沉淀分散于少量去离子水中，加入KOH片剂，搅拌充分后再用去离子水调节体积到40ml，形成氢氧化钾浓度为8mol/L，Ti4+离子浓度为0.15mol/L的悬浮液；3)将步骤2)所制备的悬浮液转移到水热反应釜中，置于200℃水热反应16h，再经后续处理得到新鲜的钛酸钾纳米线粉体，钛酸钾纳米线的SEM照片如图1所示；4)将步骤3)得到的钛酸钾纳米线在搅拌作用下，强力分散于40ml去离子水中，加入Bi(NO3)3和KOH，搅拌均匀得到前驱体溶液，其中Bi3+的离子浓度为0.2mol/L，Ti4+的离子浓度为0.15mol/L，KOH浓度为1mol/L；5)步骤4)得到的前驱体溶液转移到水热反应釜中，置于220℃下水热反应30h，再经后续处理得到Bi4Ti3O12纳米片。实施例1所得的Bi4Ti3O12纳米片进行XRD表征，如图2所示，X射线衍射测试表明产物为纯相Bi4Ti3O12，证本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛酸铋纳米片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将钛的羟基氧化物与KOH加入到水中，搅拌均匀得到悬浊液，进行第一次水热反应，得到钛酸钾纳米线；2)将钛酸钾纳米线分散在水中，加入Bi(NO3)3和KOH，搅拌均匀得到前驱体溶液，进行第二次水热反应，得到Bi4Ti3O12纳米片。

【技术特征摘要】
1.一种钛酸铋纳米片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将钛的羟基氧化物与KOH加入到水中，搅拌均匀得到悬浊液，进行第一次水热反应，得到钛酸钾纳米线；2)将钛酸钾纳米线分散在水中，加入Bi(NO3)3和KOH，搅拌均匀得到前驱体溶液，进行第二次水热反应，得到Bi4Ti3O12纳米片。2.根据权利要求1所述的钛酸铋纳米片的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中钛的羟基氧化物的制备包括：将钛酸四丁酯溶于无水乙醇中，形成浓度为0.05～0.2mol/L的钛酸四丁酯无水乙醇溶液，然后滴入去离子水，水解得到钛的羟基氧化物沉淀。3.根据权利要求1所述的钛酸铋纳米片的制备方法，其特征在于，所述步骤1)悬浊液中KOH的浓度为8～10mol/L。4.根据权利要求1所述的钛酸铋纳米片的制备方法，其特征在于，所述步骤1)悬浊液中Ti4+离子浓度为0.125～0.25mol/L。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐刚，江婉，陈同舟，皇甫统帅，韩高荣，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33