一種鉍基鍶磁性光催化劑的制備方法及其鉍基鍶磁性光催化劑的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種鉍基鍶磁性光催化劑的制備方法及其鉍基鍶磁性光催化劑，屬于催化劑的【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明以硝酸鉍和鐵酸鍶為原料，用十二烷基苯磺酸鈉為分散劑，先制備鉍基鍶磁性光催化劑的前驅(qū)體，再經(jīng)烘干焙燒得產(chǎn)品。本發(fā)明選用的原料環(huán)保，工藝步驟簡(jiǎn)單，所用設(shè)備少，制備周期短，生產(chǎn)安全且成本低；采用本發(fā)明方法制備出的產(chǎn)品磁學(xué)性能度良好，飽和磁化強(qiáng)度為25.4emu/g，矯頑力為4236.9G，抗退磁能力較強(qiáng)，有利于催化劑的回收方便和能重復(fù)利用，因此可節(jié)約工業(yè)生產(chǎn)成本。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于制備鉍基鍶磁性光催化劑及其摻雜改性復(fù)合物，采用本發(fā)明制備得到的產(chǎn)品可廣泛用于降解有機(jī)污染物、光催化分解水制氫和太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域中。
【專(zhuān)利說(shuō)明】ー種鉍基鍶磁性光催化劑的制備方法及其鉍基鍶磁性光催化劑
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于催化劑【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及鉍基鍶磁性光催化劑的制備方法及其制品。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體三氧化ニ鉍的禁帶寬度為2.85eV，被認(rèn)為是極具應(yīng)用潛力的可見(jiàn)光光催化齊IJ，在光催化分解水制氫、光催化降解有機(jī)污染物和光化學(xué)電池等光催化領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]在光催化反應(yīng)中，三氧化ニ鉍催化劑需要增強(qiáng)其對(duì)可見(jiàn)光的吸光度，以提高催化活性；同時(shí)需要將三氧化ニ鉍賦磁以解決反應(yīng)后回收難和回收不徹底而引起的二次污染等問(wèn)題。目前，高效三氧化ニ鉍催化劑在全國(guó)的需求量逐漸増大，許多研究者已成功制備出納米三氧化ニ鉍催化劑并進(jìn)行了相關(guān)摻雜改性方面的工作，但普遍存在合成產(chǎn)率低、污染大、成本高和エ序復(fù)雜等問(wèn)題，高質(zhì)量的三氧化ニ鉍主要依靠進(jìn)ロ。因此，在對(duì)環(huán)境友好、降低成本的條件下，制備出便于回收的高效三氧化ニ鉍催化劑有十分重要的意義。
[0004]現(xiàn)有制備鉍摻雜磁性光催化劑的方法，如《武漢エ業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)》2011年12月第30卷第4期中的“鉍摻雜磁性光催化劑的制備及其光催化活性” 一文，公開(kāi)的方法是:采用溶膠-凝膠法，以Fe304/Si02復(fù)合微球、鈦酸正丁酯和硝酸鉍為原料，將復(fù)合微球、鈦酸正丁酯和無(wú)水こ醇混合置于三頸瓶中，利用超聲波進(jìn)行分散一定時(shí)間后，在40°C水浴加熱和強(qiáng)烈攪拌的同時(shí)，將硝酸鉍、濃鹽酸和無(wú)水こ醇的混合溶液緩慢滴加；滴加完畢后，繼續(xù)強(qiáng)力機(jī)械攪拌直至凝膠的形成；再將凝膠置入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中，加熱蒸發(fā)去除こ醇；然后除去こ醇的凝膠轉(zhuǎn)入干燥箱，在60°C的溫度下干燥12h得到干凝膠，最后將干凝膠置入馬弗爐中，在溫度為550°C下煅燒3h，冷卻至室溫后，經(jīng)研磨得到最終產(chǎn)品。該方法的主要缺點(diǎn)是:(1)濃鹽酸原料呈強(qiáng)酸性且易揮發(fā)，故該エ藝流程存在安全隱患且可能腐蝕實(shí)驗(yàn)設(shè)備，同時(shí)揮發(fā)的鹽酸可能造成環(huán)境污染，甚至危害操作人員健康；(2)該鉍摻雜磁性光催化劑的磁性源物質(zhì)為四氧化三鉄，屬于軟磁性物質(zhì)，剰余磁化強(qiáng)度和矯頑カ較低，且趨近于零，不利于催化劑的回收和重復(fù)利用，不利于減少生產(chǎn)成本；(3)該鉍摻雜磁性光催化劑制備エ藝流程復(fù)雜，涉及儀器設(shè)備較多且耗時(shí)，從而増加了生產(chǎn)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有制備鉍摻雜磁性光催化劑的不足，提供ー種鉍基鍶磁性光催化劑的制備方法，同時(shí)提供一種磁學(xué)性能較好、催化活性較高、穩(wěn)定性較高的鉍摻雜磁性光催化劑。本發(fā)明方法具有原料安全，エ藝流程對(duì)環(huán)境友好，生產(chǎn)成本低，制備エ藝簡(jiǎn)單，所制得催化劑回收方便且可重復(fù)利用等特點(diǎn)。
[0006]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是:ー種鉍基鍶磁性光催化劑的制備方法，以硝酸鉍和鐵酸鍶為原料，用十二烷基苯磺酸鈉為分散劑，先制備鉍基鍶磁性光催化劑的前驅(qū)體，再經(jīng)烘干焙燒得產(chǎn)品。所述方法的具體步驟如下:
[0007](I)制備硝酸鉍均質(zhì)溶液
[0008]以硝酸鉍為原料，用硝酸溶液作溶劑，按照硝酸鉍的質(zhì)量(g):摩爾濃度為3?5mol/L硝酸溶液的體積(mL)之比為1:4?6的比例，將硝酸鉍和硝酸溶液加入到反應(yīng)容器中，機(jī)械攪拌直至硝酸鉍完全溶解制備得到透明的硝酸鉍均質(zhì)溶液。
[0009](2)制備鐵酸鍶懸浮液
[0010]以鐵酸鍶為原料，用十二烷基苯磺酸鈉為分散劑，按照十二烷基苯磺酸鈉、硝酸鉍和鐵酸鍶的質(zhì)量(g)之比為1: 20: 4?6的比例，將鐵酸鍶和十二烷基苯磺酸鈉加入到反應(yīng)容器中，機(jī)械攪拌10?20min制備得到鐵酸鍶懸浮液。
[0011 ] (3)制備鉍基鍶磁性光催化劑
[0012]第(2)步完成后，先將第(I)步制備得到的硝酸鉍均質(zhì)溶液和第(2)步制備得到的鐵酸鍶懸浮液混合形成混合溶液，然后用摩爾濃度為3?5mol/L氫氧化鈉調(diào)節(jié)混合溶液的pH值至11?13，再用過(guò)濾器過(guò)濾收集濾液和濾渣，濾液經(jīng)處理作為他用；濾渣置入干燥箱，在溫度為55?65°C下干燥，最后將干燥的濾渣置入馬弗爐，在溫度為500?600°C下焙燒3?5h，并自然冷卻至室溫就制備得到鉍基鍶磁性光催化劑。
[0013]本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，主要有以下效果:
[0014](I)本發(fā)明方法基本實(shí)現(xiàn)零排放，完全符合節(jié)能減排的生產(chǎn)理念和要求。
[0015](2)本發(fā)明方法選用的原料安全易得，工藝流程簡(jiǎn)單，所用設(shè)備少，制備周期短，因而生產(chǎn)安全，成本低；加之工藝流程對(duì)環(huán)境友好，因此本發(fā)明方法非常適宜于工業(yè)生產(chǎn)。
[0016](3)本發(fā)明方法制備出的鉍基鍶磁性光催化劑，屬于多功能復(fù)合材料，豐富了磁性催化劑的范疇，擴(kuò)展了鐵酸鍶的應(yīng)用領(lǐng)域及其需求面。
[0017](4)采用本發(fā)明方法制備的鉍基鍶磁性光催化劑，磁學(xué)性能度良好，飽和磁化強(qiáng)度為25.4emu/g,矯頑力為4236.9G,抗退磁能力較強(qiáng),有利于催化劑的方便回收和能重復(fù)利用，因此可節(jié)約工業(yè)生產(chǎn)成本。
[0018]本發(fā)明方法可廣泛應(yīng)用于制備鉍基鍶磁性光催化劑，也可用于制備鉍基鍶磁性光催化劑的摻雜物和其他磁性復(fù)合功能材料。采用本發(fā)明方法制備出的鉍基鍶磁性光催化劑可廣泛用于降解有機(jī)污染物、光催化分解水制氫和太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域中。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為實(shí)施例1制備得到的鉍基鍶磁性光催化劑的X射線衍射圖譜(為了比較，同時(shí)附上鐵酸鍶和三氧化二鉍的標(biāo)準(zhǔn)圖譜)；
[0020]圖2為實(shí)施例1制備得到的鉍基鍶磁性光催化劑的磁滯回線。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0022]實(shí)施例1
[0023]一種鉍基鍶磁性光催化劑的制備方法，其具體步驟如下:
[0024](I)制備硝酸鉍均質(zhì)溶液
[0025]以硝酸鉍為原料，用硝酸溶液作溶劑，按照硝酸鉍的質(zhì)量(g):摩爾濃度為4mol/L硝酸溶液的體積(HiL)之比為1: 5的比例，將硝酸鉍和硝酸溶液加入到反應(yīng)容器中，機(jī)械攪拌直至硝酸鉍完全溶解制備得到透明的硝酸鉍均質(zhì)溶液。
[0026](2)制備鐵酸鍶懸浮液
[0027]以鐵酸鍶為原料，用十二烷基苯磺酸鈉為分散劑，按照十二烷基苯磺酸鈉、硝酸鉍和鐵酸鍶的質(zhì)量(g)之比為1:20:5的比例，將鐵酸鍶和十二烷基苯磺酸鈉加入到反應(yīng)容器中，機(jī)械攪拌15min制備得到鐵酸鍶懸浮液。
[0028](3)制備鉍基鍶磁性光催化劑
[0029]第(2)步完成后，先將第(I)步制備出的硝酸鉍均質(zhì)溶液和第(2)步制備出的鐵酸鍶懸浮液混合形成混合溶液，然后用摩爾濃度為4mol/L氫氧化鈉調(diào)節(jié)混合溶液的pH值至12，再用過(guò)濾器過(guò)濾收集濾液和濾渣，濾液經(jīng)處理作為他用；濾渣置入干燥箱，在溫度為60°C下干燥，最后將干燥的濾渣置入馬弗爐，在溫度為550°C下焙燒4h，并自然冷卻至室溫就制備得到鉍基鍶磁性光催化劑。
[0030]實(shí)施例2
[0031]一種鉍基鍶磁性光催化劑的制備方法，其具體步驟如下:
[0032](I)制備硝酸鉍均質(zhì)溶液
[0033]以硝酸鉍為原料，用硝酸溶液作溶劑，按照硝酸鉍的質(zhì)量(g):摩爾濃度為3mol/L硝酸溶液的體積(mL)之比為1: 4的比例，將硝酸鉍和硝酸溶液加入到反應(yīng)容器中，機(jī)械攪拌直至硝酸鉍完全溶解制備得到透明的硝酸鉍均質(zhì)溶液。
[0034](2)制備鐵酸鍶懸浮液
[0035]以鐵酸鍶為原料，用十二烷基苯磺酸鈉為分散劑，按照十二烷基苯磺酸鈉、硝酸鉍和鐵酸鍶的質(zhì)量(g)之比為1: 20: 4的比例，將鐵酸鍶和十二烷基苯磺酸鈉加入到反應(yīng)容器中，機(jī)械攪拌10?20min制備得到鐵酸鍶懸浮液。
[0036](3)制備鉍基鍶磁性光催化劑
[0037]第(2)步完成后，先將第(I)步制備出的硝酸鉍均質(zhì)溶液和第(2)步制備出的鐵酸鍶懸浮液混合形成混合溶液，然后用摩爾濃度為3mol/L氫氧化鈉調(diào)節(jié)混合溶液的pH值至11，再用過(guò)濾器過(guò)濾收集濾液和濾渣，濾液經(jīng)處理作為他用；濾渣置入干燥箱，在溫度為55°C下干燥，最后將干燥的濾渣置入馬弗爐，在溫度為500°C下焙燒3h，并自然冷卻至室溫就制備得到鉍基鍶磁性光催化劑。
[0038]實(shí)施例3
[0039]一種鉍基鍶磁性光催化劑的制備方法，其具體步驟如下:
[0040](I)制備硝酸鉍均質(zhì)溶液
[0041]以硝酸鉍為原料，用硝酸溶液作溶劑，按照硝酸鉍的質(zhì)量(g):摩爾濃度為5mol/L硝酸溶液的體積(HiL)之比為1:6的比例，將硝酸鉍和硝酸溶液加入到反應(yīng)容器中，機(jī)械攪拌直至硝酸鉍完全溶解制備得到透明的硝酸鉍均質(zhì)溶液。
[0042](2)制備鐵酸鍶懸浮液
[0043]以鐵酸鍶為原料，用十二烷基苯磺酸鈉為分散劑，按照十二烷基苯磺酸鈉、硝酸鉍和鐵酸鍶的質(zhì)量(g)之比為1:20: 6的比例，將鐵酸鍶和十二烷基苯磺酸鈉加入到反應(yīng)容器中，機(jī)械攪拌10?20min制備得到鐵酸鍶懸浮液。
[0044](3)制備鉍基鍶磁性光催化劑[0045]第(2)步完成后，先將第(I)步制備出的硝酸鉍均質(zhì)溶液和第(2)步制備出的鐵酸鍶懸浮液混合形成混合溶液，然后用摩爾濃度為5mol/L氫氧化鈉調(diào)節(jié)混合溶液的pH值至13，再用過(guò)濾器過(guò)濾收集濾液和濾渣，濾液經(jīng)處理作為他用；濾渣置入干燥箱，在溫度為65°C下干燥，最后將干燥的濾渣置入馬弗爐，在溫度為600°C下焙燒5h，并自然冷卻至室溫就制備得到鉍基鍶磁性光催化劑。
[0046]實(shí)驗(yàn)結(jié)果
[0047]用實(shí)施例1制備得到的鉍基鍶磁性光催化劑，進(jìn)行X射線衍射測(cè)試，其X射線衍射圖譜如圖1所示；用實(shí)施例1制備得到的鉍基鍶磁性光催化劑，進(jìn)行磁學(xué)性能測(cè)試，其磁滯回線如圖2所示；用實(shí)施例1制備出的鉍基鍶磁性光催化劑，進(jìn)行光催化活性測(cè)試和重復(fù)利用。
[0048]為了比較，同時(shí)附上鐵酸鍶(SrFe12O19)和三氧化ニ鉍(Bi2O3)的標(biāo)準(zhǔn)圖譜。從圖1可知，鉍基鍶磁性光催化劑(Bi203/SrFe12019)的XRD譜圖中既有Bi2O3的衍射峰，也有SrFe12O19的衍射峰，一方面說(shuō)明在制備鉍基鍶磁性光催化劑的過(guò)程中，沒(méi)有改變SrFe12O19本身的結(jié)構(gòu)，從而保證了正常的磁性源；另一方面說(shuō)明了鉍基鍶磁性光催化劑中，作為主要有效活性組分，Bi2O3晶型形成較好，同時(shí)也說(shuō)明該發(fā)明方法成功制備出鉍基鍶磁性光催化劑；此外也證明了鉍基鍶磁性光催化劑屬于復(fù)合材料。從圖2知，鉍基鍶磁性光催化劑的飽和磁化強(qiáng)度為25.4emu/g，剩余磁化強(qiáng)度為15.0emu/g，矯頑カ為4236.9G。該催化劑的磁化強(qiáng)度較高，有利于反應(yīng)后的分離回收；而矯頑力的大小在一定程度上反映了抗退磁能力，該催化劑的矯頑カ大于4000G，說(shuō)明該催化劑抗退磁能力較強(qiáng)，有利于該催化劑重復(fù)利用。光催化實(shí)驗(yàn)顯示，在可見(jiàn)光照射下，光催化降解模擬染料廢水(10mg/L的亞甲基藍(lán)溶液)，反應(yīng)4h，亞甲基藍(lán)的降解率為98%。重復(fù)使用該鉍基磁性光催化劑5次，亞甲基藍(lán)的降解率仍高于95%，說(shuō)明采用本發(fā)明制備的鉍基磁性光催化劑具有較高的光催化活性和穩(wěn)定性。
[0049]綜述所述，本發(fā)明技術(shù)方案的エ藝條件簡(jiǎn)單，易于操作，可以制得磁學(xué)性能較好，催化活性較高，穩(wěn)定性能優(yōu)異的鉍基磁性光催化劑。
【權(quán)利要求】
1.一種鉍基鍶磁性光催化劑的制備方法，其特征在于所述方法的具體步驟如下: (1)制備硝酸鉍均質(zhì)溶液 以硝酸鉍為原料，用硝酸溶液作溶劑，按照硝酸鉍的質(zhì)量(g):摩爾濃度為3?5mol/L硝酸溶液的體積(mL)之比為1:4?6的比例，將硝酸鉍和硝酸溶液加入到反應(yīng)容器中，機(jī)械攪拌直至硝酸鉍完全溶解制備得到透明的硝酸鉍均質(zhì)溶液； (2)制備鐵酸鍶懸浮液 以鐵酸鍶為原料，用十二烷基苯磺酸鈉為分散劑，按照十二烷基苯磺酸鈉、硝酸鉍和鐵酸鍶的質(zhì)量(g)之比為1: 20: 4?6的比例，將鐵酸鍶和十二烷基苯磺酸鈉加入到反應(yīng)容器中，機(jī)械攪拌10?20min制備得到鐵酸鍶懸浮液； (3)制備鉍基鍶磁性光催化劑 第(2)步完成后，先將第(I)步制備得到的硝酸鉍均質(zhì)溶液和第(2)步制備得到的鐵酸鍶懸浮液混合形成混合溶液，然后用摩爾濃度為3?5mol/L氫氧化鈉調(diào)節(jié)混合溶液的pH值至11?13，再用過(guò)濾器過(guò)濾收集濾液和濾渣，濾液經(jīng)處理作為他用；濾渣置入干燥箱，在溫度為55?65°C下干燥，最后將干燥的濾渣置入馬弗爐，在溫度為500?600°C下焙燒3?5h,并自然冷卻至室溫就制備得到鉍基鍶磁性光催化劑。
2.一種鉍基鍶磁性光催化劑，其特征在于，它是通過(guò)權(quán)利要求1所述鉍基鍶磁性光催化劑的制備方法所制備得到的鉍基鍶磁性光催化劑。
【文檔編號(hào)】B01J35/00GK103447024SQ201310429602
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】徐龍君, 謝太平, 劉成倫 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)