一种低温溶剂热制备纳米级钴基软铋矿高效光催化剂的方法技术

本发明专利技术公开了一种低温溶剂热制备纳米级钴基软铋矿高效光催化剂的方法，属于环境科学与无机材料制备领域。本发明专利技术采用溶剂热法制备一种纳米级钴基软铋矿高效光催化剂Bi

【技术实现步骤摘要】
一种低温溶剂热制备纳米级钴基软铋矿高效光催化剂的方法


[0001]本专利技术涉及一种低温溶剂热制备纳米级钴基软铋矿高效光催化剂的方法，属于环境科学与无机材料制备领域。

技术介绍

[0002]光催化作为高效和低能耗的环境治理技术，近年来得到广泛的研究。半导体光催化剂的性能受到催化剂颗粒粒径的影响，颗粒粒径小则具有相对较大的比表面积和较短的光生电子传输路径，有利于污染物的扩散和光生电子较快转移至催化剂表面进行反应。将新型、大尺寸光催化剂纳米化，是目前光催化研究的热点方向。
[0003]铋盐是无机半导体光催化剂中较常见的一类。软铋矿是近年来刚发现的铋盐光催化剂的一种，对其光催化性能的研究具有较大意义。目前软铋矿光催化剂的制备多采用水热合成、高温固相反应等方法，颗粒粒径多处在微米级，其可见光活性仍具有较大的提升空间。例如中国专利CN105129850A提出了一种水热法制备钒酸铋软铋矿的方法，但钒酸铋软铋矿的颗粒粒径为1
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2μm，活性较差，添加硼氢化钠情况下，80min分钟内还未完全降解4
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氨基苯酚。中国专利CN101147859A提出一种溶剂热法合成钛酸铋软铋矿的方法，虽使用溶剂热方法，但颗粒粒径为5
‑
20μm，粒径仍不能有效减小。美国专利US20110155971A1提出一种水热法合成钛酸铋软铋矿的方法，其粒径虽处在纳米级，但钛酸铋禁带宽度大于3.0eV，不能有效利用太阳光。印度专利IN201841028670A提出一种水热法合成铁酸铋软铋矿的方法，其铁位缺陷较多，且颗粒粒径为1mm。除已发表的专利外，目前文献上也多采用水热反应或高温固相方法合成新型软铋矿光催化剂(比如：Wang Pei et al.Ultrason.Sonochem.38,2017,289
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297，Zhang Lei et al.CrystEngComm.2015,17,6527
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6537，Hu Jin Song et al.RSC Adv.2015,5,78457)，同样普遍存在粒径过大、可见光活性低的问题。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术首次提出一种新型溶剂发制备纳米级钴基软铋矿Bi
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光催化剂的方法，所得催化剂的颗粒粒径小、降解污染物活性好，有很好的环境化学应用前景。
[0005]本专利技术的第一个目的是提供一种制备纳米级钴基软铋矿Bi
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光催化剂的方法，所述方法包括如下步骤：
[0006](1)利用强碱溶于溶剂中，配置1～3mol/L的碱液A；
[0007](2)将铋盐和钴盐加入到碱液A中，形成固体沉淀，分离、收集固体沉淀；然后置于反应容器中进行溶剂热反应，反应结束后，固液分离，收集固体沉淀，洗涤、干燥。
[0008]在本专利技术的一种实施方式中，所述步骤(1)溶剂为乙醇，或者水和乙醇的混合体系。
[0009]在本专利技术的一种实施方式中，所述步骤(1)溶剂中水和乙醇的体积比为(0:30)～(22.5:7.5)。
[0010]在本专利技术的一种实施方式中，所述步骤(1)中强碱包括如下任意一种或多种：氢氧化钠、氢氧化钾。
[0011]在本专利技术的一种实施方式中，所述步骤(2)中铋盐与钴盐中Bi
3+
与Co
2+
的摩尔比为(1.2～2.5)：0.1。
[0012]在本专利技术的一种实施方式中，所述步骤(2)中铋盐相对碱液A的摩尔浓度为0.04～0.1mol/L；优选0.04～0.083mol/L。
[0013]在本专利技术的一种实施方式中，所述步骤(2)中铋盐选自如下任意一种或多种：硝酸铋、氯化铋、醋酸铋。
[0014]在本专利技术的一种实施方式中，所述步骤(2)中钴盐选自如下任意一种或多种：硝酸钴、六水合硝酸钴、醋酸钴、氯化钴。
[0015]在本专利技术的一种实施方式中，所述步骤(2)中形成固体沉淀的过程是在10
‑
40℃下进行的。
[0016]在本专利技术的一种实施方式中，所述步骤(2)中溶剂热反应中的溶剂同步骤(1)中的溶剂。
[0017]在本专利技术的一种实施方式中，所述步骤(2)中溶剂热反应的反应温度为100℃～180℃。
[0018]在本专利技术的一种实施方式中，所述步骤(2)中溶剂热反应的反应时间为6～48h。
[0019]在本专利技术的一种实施方式中，所述步骤(2)中洗涤是将固体沉淀洗涤至中性。
[0020]在本专利技术的一种实施方式中，所述步骤(2)中干燥是采用60℃鼓风烘箱干燥。
[0021]在本专利技术的一种实施方式中，上述纳米级钴基软铋矿高效光催化剂Bi
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的制备方法具体包括如下步骤：
[0022](1)碱溶液配制：用30ml去离子水和乙醇混合溶液将0.03～0.09mol强碱溶解得到碱液A；碱液A浓度为1～3mol/L；
[0023](2)铋
‑
钴混合盐溶液配制：将1.2～2.5mmol铋盐和0.1mmol钴盐加入碱液A中，得到混合溶液B；溶液B搅拌30min后，将得到的黄褐色沉淀转移至对位聚苯(PPL)内衬的反应釜内，100℃～180℃溶剂热反应6～48h；离心、用去离子水和乙醇洗涤步骤3得到的固体颗粒至pH为7，转移至60℃鼓风烘箱干燥即得产物。
[0024]本专利技术的第二个目的是利用上述方法提供一种纳米级钴基软铋矿高效光催化剂Bi
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。
[0025]在本专利技术的一种实施方式中，该催化剂的颗粒粒径为80
‑
300nm。
[0026]本专利技术的第三个目的是将上述的纳米级钴基软铋矿高效光催化剂Bi
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应用于降解有机污染物中。
[0027]有益效果：
[0028]与现有技术相比，本专利技术提出的纳米级钴基软铋矿高效光催化剂Bi
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具有如下优点：本专利技术合成的光催化剂具有颗粒粒径小、活性高等优点。本专利技术的纳米级钴基软铋矿高效光催化剂Bi
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颗粒粒径显著小于已有报道的软铋矿光催化剂，如Bi
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VO
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(1
‑
2μm)、Bi
12
TiO
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(1
‑
1.8μm)等。本专利技术的纳米级光催化剂在可见光下3h能完全降解MB，此外对无色有机污染物如苯酚、4
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氯苯酚等同样表现出一定的降解活性。
[0029]本专利技术提出制备钴基软铋矿高效光催化剂Bi
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的方法是溶剂热法，相较于水
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备纳米级钴基软铋矿Bi
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光催化剂的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)利用强碱溶于溶剂中，配置1～3mol/L的碱液A；(2)将铋盐和钴盐加入到碱液A中，形成固体沉淀，分离、收集固体沉淀；然后置于反应容器中进行溶剂热反应，反应结束后，固液分离，收集固体沉淀，洗涤、干燥。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)溶剂为水和乙醇的混合体系；其中，水与乙醇的体积比为(0:30)～(22.5:7.5)。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中铋盐与钴盐中Bi
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的摩尔比为(1.2～2.5)：0.1。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中铋盐相对碱液A的摩尔浓度为0.04～0...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘成思，王震林，张颖，娄阳，董玉明，朱永法，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：