一种碳酸氧铋光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种碳酸氧铋光催化剂的制备方法，属于无机纳米光催化材料技术领域，将五价铋盐、碳微球和水混合后超声，得到混合液；将得到的混合液升温后进行水热还原反应，得到碳酸氧铋光催化剂。本发明专利技术提供的碳酸氧铋光催化剂的制备方法原料及制备步骤简单，且制备得到的碳酸氧铋光催化剂比表面积大，催化效率高。实施例数据表明，本发明专利技术制备得到的碳酸氧铋光催化剂的比表面积为81～82m

A Bismuth Oxycarbonate Photocatalyst and Its Preparation Method

The invention provides a preparation method of bismuth oxycarbonate photocatalyst, which belongs to the technical field of inorganic nano-photocatalytic materials. Bismuth oxycarbonate photocatalyst is obtained by mixing pentavalent bismuth salt, carbon microspheres and water and ultrasonic wave, and then by hydrothermal reduction reaction after heating the obtained mixture, bismuth oxycarbonate photocatalyst is obtained. The preparation method of the bismuth oxycarbonate photocatalyst provided by the invention has simple raw materials and preparation steps, and the prepared bismuth oxycarbonate photocatalyst has large specific surface area and high catalytic efficiency. The specific surface area of bismuth oxycarbonate photocatalyst prepared by the method is 81-82 m, according to the data of the embodiment.

【技术实现步骤摘要】
一种碳酸氧铋光催化剂及其制备方法
本专利技术涉及无机纳米光催化材料
，特别涉及一种碳酸氧铋光催化剂及其制备方法。
技术介绍
随着经济和工业的发展，化石能源的不断消耗使人类面临着能源短缺和环境污染两大问题。许多新的技术被应用于环境的治理以及新能源的开发，由于光催化技术可以将低密度太阳能通过光化学反应转化为化学能，可以同时解决能源和环境问题，成为目前最活跃的研究方向之一。其中可见光半导体光催化技术由于其具有低成本、低温深度反应、操作简单、环境友好以及对太阳光利用率高等独特性能而备受关注。近年来人们开发了新型高效的可见光半导体光催化剂，并通过对光催化剂的掺杂、复合、敏化等改性，旨在提高其光催化性能。最近的研究表明，铋系光催化材料如BiVO4，Bi2WO6，BiOX(X＝Cl,Br,I)等因其具有独特的电子和晶体结构而成为研究热点之一。碳酸氧铋，Bi2O2CO3，具有层状的Aurivillius化合物结构特性，其中CO32-钙钛矿层沿c轴方向像三明治那样插入Bi2O22+层中间，相互正交，形成像云母一样的典型层状二维纳米结构，在可见光照射下具有良好的光催化性能，是一种很有发展前景的催化剂。但是，Bi2O2CO3的带隙(3.1～3.5eV)稍宽，吸附能力较弱，光生电子-空穴很容易发生复合，限制了它的可见光吸收和利用。为了提高Bi2O2CO3催化活性，人们通常采用典型的水热法合成了花状Bi2O2CO3光催化剂，并通过形成异质结的方法进行光催化性能的改进，具体如下：1)制备纯的Bi2O2CO3样品：将Bi(NO3)3·5H2O在去离子水中，然后加入柠檬酸钠、尿素，再加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，剧烈搅拌，然后在高压釜中保持在180℃下反应12h。自然冷却到室温后，用乙醇过滤洗涤得到的样品，样品在60℃干燥12h。2)制备Au/Bi2O2CO3/Bi2O3进行光催化性能的改进：将Bi2O2CO3分散在甲醇中，超声处理，将一定质量的HAuCl4·4H2O溶解到甲醇中，搅拌，然后两种溶液混合搅拌，在60℃下完全蒸发甲醇，以上样品研磨并在350℃下煅烧1h，制备生成Au负载的Bi2O2CO3和Bi2O3之间形成异质结的复合材料Au/Bi2O2CO3/Bi2O3。由上述异质结的方法制备得到的复合材料禁带宽度相对减小，光催化性能得到提升。但是制备纯相Bi2O2CO3需要用到形貌改性剂(PVP)而且反应原料比较多，且需要进行异质结合，反应过程复杂。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种碳酸氧铋光催化剂及其制备方法，本专利技术提供的碳酸氧铋光催化剂制备方法简单，且光催化性能强。本专利技术提供了一种碳酸氧铋光催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)将五价铋盐、碳微球和水混合后超声，得到混合液；2)将所述步骤1)得到的混合液升温后进行水热还原反应，得到碳酸氧铋光催化剂。优选地，所述五价铋盐为NaBiO3、LiBiO3或KBiO3。优选地，所述碳微球的制备方法包括以下步骤：将小分子糖和水混合后进行水热反应，得到碳微球；所述小分子糖为蔗糖、果糖或葡萄糖。优选地，所述水热反应的温度为170～190℃，水热反应的时间为3～5h。优选地，所述小分子糖和水的质量比为1：10～40。优选地，所述步骤1)中五价铋盐、碳微球和水的质量比为1：1～4：500。优选地，所述超声的频率为30～50Hz，所述超声的时间为10～20min。优选地，所述水热还原反应的温度为100～180℃，所述水热还原反应的时间为6～24h。优选地，所述步骤2)中的升温速率为1～3℃/min。本专利技术还提供了上述制备方法间制得的碳酸氧铋光催化剂，所述碳酸氧铋光催化剂的颗粒大小为500～1000nm，呈正态分布，比表面积为81～82m2/g。。有益技术效果：本专利技术提供了一种碳酸氧铋光催化剂的制备方法：将五价铋盐、碳微球和水混合后超声，得到混合液；将得到的混合液升温后进行水热还原反应，得到碳酸氧铋光催化剂。本专利技术提供的碳酸氧铋光催化剂的制备方法原料及制备步骤简单，且制备得到的碳酸氧铋光催化剂比表面积大，催化效率高。实施例数据表明，本专利技术制备得到的碳酸氧铋光催化剂的比表面积为81～82m2/g，通过在λ＞420nm的可见光照射下降解亚甲基蓝(MB)溶液评估纳米微球Bi2O2CO3光催化剂的光催化性能，可见光下反应60min，降解率可达99％。附图说明图1为实施例1中得到的碳酸氧铋光催化剂的X射线衍射图；图2为实施例1中得到的碳酸氧铋光催化剂电镜扫描图；图3为实施例1中得到的碳酸氧铋光催化剂的粒径分布图；图4为实施例1中得到的碳酸氧铋光催化剂在不同的光催化反应时间下的光催化性能曲线；图5为实施例1～5及对比例1中的碳酸氧铋光催化剂在λ＞420nm的可见光照射下光催化性能曲线；图6为实施例和对比例1中碳酸氧铋光催化剂的光学性能曲线；图7为实施例1和对比例1制备的Bi2O2CO3光催化剂的光生载流子的转移分离效率表征曲线。具体实施方式本专利技术提供了一种碳酸氧铋光催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)将五价铋盐、碳微球和水混合后超声，得到混合液；2)将所述步骤1)得到的混合液升温后进行水热还原反应，得到碳酸氧铋光催化剂。本专利技术将五价铋盐、碳微球和水混合后超声，得到混合液。在本专利技术中，所述五价铋盐优选为NaBiO3、LiBiO3或KBiO3。在本专利技术中，所述碳微球的制备方法优选为：将小分子糖和水混合后进行水热反应，得到碳微球；所述小分子糖为蔗糖、果糖或葡萄糖。在本专利技术中，所述小分子糖优选为果糖。在本专利技术中，所述水热反应的温度优选为170～190℃，更优选为180℃；所述水热反应的时间优选为3～5h，更优选为4h。在本专利技术中，所述小分子糖和水的质量比为优选为1：10～40，更优选为1：20～30。在本专利技术中，所述五价铋盐、碳微球和水的质量比为优选1:1～4:500，更优选为1:2:500.在本专利技术中，所述水热反应优选在聚四氟乙烯反应釜中进行。在本专利技术中，所述水热反应后还优选包括将水热反应液依次冷却至室温、过滤、洗涤和干燥，得到碳微球。本专利技术对冷却的速率没有特殊限定，选用本领域技术人员熟知的冷却速率即可。本专利技术对过滤和洗涤的方法没有特殊限定，选用本领域技术人员熟知的方法即可。在本专利技术中，所述干燥的温度优选为50～70℃，更优选为60℃，所述干燥的时间优选为8～12h，更优选为10h。在本专利技术中，所述五价铋盐、碳微球和水优选在搅拌条件下进行混合，在本专利技术中，所述搅拌的速率优选为500～1000rpm，更优选为800rpm；所述搅拌的时间优选为10～30min，更优选为15～25min。在本专利技术中，所述超声的频率优选为30～50Hz，更优选为40Hz；所述超声的时间优选为10～20min，更优选为15min。本专利技术通过超声使五价铋盐和碳微球混合均匀。在本专利技术中，所述超声后还优选包括将超声后的混合液进行搅拌，得到混合液。在本专利技术中，所述搅拌的速率优选为500～1000rpm，更优选为800rpm；所述搅拌的时间优选为10～30min，更优选为15～25min。本专利技术通过在超声后进行搅拌进一步使五价铋盐和碳微球混合均匀。得到混合液后，本专利技术将得到的混合液升温后进行水热还原反应，得到碳酸氧铋光催化剂。在本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳酸氧铋光催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)将五价铋盐、碳微球和水混合后超声，得到混合液；2)将所述步骤1)得到的混合液升温后进行水热还原反应，得到碳酸氧铋光催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种碳酸氧铋光催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)将五价铋盐、碳微球和水混合后超声，得到混合液；2)将所述步骤1)得到的混合液升温后进行水热还原反应，得到碳酸氧铋光催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述五价铋盐为NaBiO3、LiBiO3或KBiO3。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳微球的制备方法包括以下步骤：将小分子糖和水混合后进行水热反应，得到碳微球，所述小分子糖为蔗糖、果糖或葡萄糖。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为70～90℃，所述水热反应的时间为3～5h。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述小分子糖和水的质量比为1：10...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡朝浩，王馨翎，钟燕，王殿辉，周怀营，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西,45