本發(fā)明屬于光催化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以硝酸鉍和鈦酸四丁酯為鉍源和鈦源，以c3n4為模板，制備線狀鈦酸鉍光催化劑的方法。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)的發(fā)展,水環(huán)境污染越來(lái)越嚴(yán)重,水體中大量有機(jī)污染物嚴(yán)重威脅著人類自身乃至動(dòng)植物的健康生長(zhǎng)，治理水污染迫在眉睫。光催化技術(shù)是一種高級(jí)氧化技術(shù)(aops),近年來(lái)在有機(jī)廢水特別是在高濃度、難降解廢水的治理中受到廣泛的關(guān)注。其中，一維材料由于其大量的孔隙結(jié)構(gòu)和高比表面積一直是近幾年研究的熱點(diǎn)。也因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，這種結(jié)構(gòu)的材料有著更強(qiáng)的光催化活性。

bi2o3和tio2復(fù)合可形成具有多種晶相結(jié)構(gòu)的復(fù)合氧化物:bi4ti3o12，bi2ti2o7，bi2ti4o11，bi12tio20，bi20tio32等，通稱為鈦酸鉍化合物。鈦酸鉍化合物有著特殊的晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu),在它們的結(jié)構(gòu)中均存在tio6八面體或tio4四面體,而與之相連接的bion多面體中存在因擁有6s²孤對(duì)電子對(duì)而具有立體活性的bi³⁺離子,這就使得其具有很好的光催化活性。xu等(acta.chimica.sinica,2005,63(1),5)將一定摩爾比的硝酸鉍和鈦酸四丁脂溶解在醋酸溶液中，通過(guò)化學(xué)溶液分解法得到鈦酸鉍的前驅(qū)體，再在550℃下煅燒，制備了bi12tio20，bi4ti3o12，bi2ti2o7納米粉體。wang等(mater.lett,2014,121(2),22)將硝酸鉍和鈦酸四丁脂溶解在二甲氧基乙醇和氫氧化鈉水溶液中，通過(guò)溶劑熱法在180℃下反應(yīng)20h，制備了bi4ti3o12納米片。hou等(nanoscale,2013,5(5),2028)將硝酸鉍和鈦酸四丁酯溶解在dmf中，以pvp為表面活性劑，通過(guò)靜電紡絲法制得了介孔bi4ti3o12納米纖維。然而這些方法制得的鈦酸鉍,其比表面積僅為10m²g^-1，并且步驟都比較復(fù)雜，耗時(shí)而且成本高，這些都限制了鈦酸鉍的大規(guī)模生產(chǎn)及其在實(shí)際體系中的廣泛應(yīng)用。所以開(kāi)發(fā)操作簡(jiǎn)單，成本低廉，適用于大規(guī)模生產(chǎn)的方法，已經(jīng)成為介孔鈦酸鉍光催化制劑生產(chǎn)者們所追求的主要目標(biāo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供一種以c3n4為模板制備具有良好光催化活性的介孔線狀鈦酸鉍光催化劑的方法。

本發(fā)明通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)：

(1)稱取一定量的硝酸鉍于燒杯中，加入冰醋酸攪拌溶解，再向其中加入乙酰丙酮與鈦酸四丁酯，繼續(xù)攪拌至混合均勻；

(2)向步驟(1)所得溶液中加入c3n4，攪拌至c3n4分散完全，將懸濁液倒入蒸發(fā)皿中，放置在烘箱內(nèi)制得前驅(qū)體粉末；

(3)將步驟(2)得到的前驅(qū)體粉末經(jīng)過(guò)煅燒，得到介孔線狀鈦酸鉍粉末。步驟(1)中，所述硝酸鉍與鈦酸四丁酯的摩爾比為4：3；所述冰醋酸、鈦酸四丁酯和乙酰丙酮的體積比為20：0.52：(0.1-0.5)。

步驟(1)中鈦酸四丁酯與步驟(2)中c3n4的質(zhì)量比為1：10。

步驟(2)中，烘箱蒸發(fā)的溫度范圍為140～180℃，反應(yīng)時(shí)間5～10h。

步驟(3)中，所述煅燒溫度為450～550℃，升溫速率為2.5～5℃/min，煅燒時(shí)間為0.5～4h。

本發(fā)明所制得的介孔鈦酸鉍為鈣鈦礦型，晶化完全，形貌規(guī)則，分散性好。

利用x射線衍射儀(xrd)、掃描電子顯微鏡(sem)、透射電子顯微鏡(tem)、全自動(dòng)物理化學(xué)吸附分析儀(bet)等溫吸附模式測(cè)比表面積對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行形貌結(jié)構(gòu)分析，以羅丹明b溶液為目標(biāo)染料進(jìn)行光催化降解實(shí)驗(yàn)，通過(guò)紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)量吸光度，以評(píng)估其光催化活性。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本方法以c3n4為模板，采用化學(xué)溶液分解法，具有反應(yīng)條件易控制、工藝和流程簡(jiǎn)便、低能耗的優(yōu)點(diǎn)。

(2)用此方法制備的介孔線狀鈦酸鉍，具備形貌規(guī)則，孔徑分布均勻、比表面積大、光催化效果好等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為所制備介孔線狀鈦酸鉍的xrd衍射譜圖，圖中衍射峰均為鈣鈦礦鈦酸鉍特征衍射峰。

圖2為所制備介孔線狀鈦酸鉍的掃描圖a與透射電鏡照片b。

圖3為所制備介孔線狀鈦酸鉍的氮?dú)馕矫摳綀D。

圖4為商業(yè)p25和介孔線狀鈦酸鉍光催化降解羅丹明b溶液的時(shí)間-降解率關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例1

在50ml的燒杯中加入20ml冰醋酸溶液，再加入1g硝酸鉍，磁力攪拌至溶解，用微量進(jìn)樣器分別加入0.1ml乙酰丙酮和0.52ml鈦酸四丁酯，待反應(yīng)物混合均勻后，再加入5gc3n4，繼續(xù)攪拌至c3n4分散完全。將所得混合物倒入蒸發(fā)皿中，140℃蒸發(fā)8h。將所得的粉末置于坩堝中，2.5℃/min升溫到550℃，并保溫4h。

圖1為制得的樣品的xrd衍射譜圖，對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)jcpds卡片(21-1272),可以確定為結(jié)晶性良好的鈣鈦礦bi4ti3o12粉體；圖2為掃描和透射電鏡照片，從圖中可以清晰的看到明顯的線狀結(jié)構(gòu)；圖3為氮?dú)馕矫摳綀D，根據(jù)iupac分類，其吸附等溫線符合iv型，說(shuō)明其中存在明顯的介孔結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例2

在50ml的燒杯中加入20ml冰醋酸溶液，再加入1g硝酸鉍，磁力攪拌至溶解，用微量進(jìn)樣器分別加入0.5ml乙酰丙酮和0.52ml鈦酸四丁酯，待反應(yīng)物混合均勻后，再加入5gc3n4，繼續(xù)攪拌至c3n4分散完全。將所得混合物倒入蒸發(fā)皿中，140℃蒸發(fā)8h。將所得的粉末置于坩堝中，2.5℃/min升溫到450℃，并保溫4h。

實(shí)施例3

在50ml的燒杯中加入20ml冰醋酸溶液，再加入1g硝酸鉍，磁力攪拌至溶解，用微量進(jìn)樣器分別加入0.1ml乙酰丙酮和0.52ml鈦酸四丁酯，待反應(yīng)物混合均勻后，再加入5gc3n4，繼續(xù)攪拌至c3n4分散完全。將所得混合物倒入蒸發(fā)皿中，180℃蒸發(fā)10h。將所得的粉末置于坩堝中，5℃/min升溫到450℃，并保溫0.5h。

實(shí)施例4

在50ml的燒杯中加入20ml冰醋酸溶液，再加入1g硝酸鉍，磁力攪拌至溶解，用微量進(jìn)樣器分別加入0.3ml乙酰丙酮和0.52ml鈦酸四丁酯，待反應(yīng)物混合均勻后，再加入5gc3n4，繼續(xù)攪拌至c3n4分散完全。將所得混合物倒入蒸發(fā)皿中，140℃蒸發(fā)8h。將所得的粉末置于坩堝中，3℃/min升溫到450℃，并保溫1h。

實(shí)施例5

(1)配制濃度為10mg/l的羅丹明b溶液，將配好的溶液置于暗處。

(2)稱取制備的鈦酸鉍0.1g，置于光反應(yīng)器中，加入100ml步驟(1)所配好的羅丹明b溶液，磁力攪拌30min，鼓泡，暗反應(yīng)1h,待鈦酸鉍分散均勻后，打開(kāi)水源，光源，進(jìn)行光催化降解實(shí)驗(yàn)。

(3)每30min取樣一次，取樣量為5ml，用多管架自動(dòng)平衡離心機(jī)離心3min,使催化劑完全沉淀，離心后用于紫外-可見(jiàn)吸光度的測(cè)量。

(4)由圖4可見(jiàn)所制備的介孔線狀鈦酸鉍具有優(yōu)異的光催化活性，反應(yīng)30min，對(duì)染料的降解率已達(dá)到30％，光照180min降解率接近100％，其性能優(yōu)于p25。