一種具有微納結(jié)構(gòu)的Bi<sub>4</sub>Ti<sub>3</sub>O<sub>12</sub>光催化劑及其制備 ...的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米材料及光催化降解有機(jī)污染物技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種具有微納結(jié)構(gòu)的Bi4Ti3O12光催化劑及其制備方法和用途。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨著科技的進(jìn)步和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，環(huán)境污染問題已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)最為嚴(yán)峻的問題。在這樣的一個(gè)大的背景之下，治理環(huán)境污染問題成為目前人類主要關(guān)心的話題之一。利用光催化技術(shù)降解和消除工業(yè)生產(chǎn)過程中的廢水等有機(jī)物污染成為治理環(huán)境污染問題的有效辦法之一。其中納米T12作為光催化劑被人們廣泛地研宄。Bi 4113012是鈦酸鉍化合物中的一種，它的晶體結(jié)構(gòu)為正交晶系，是一種非常典型的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的Bi系層狀化合物，其光催化性能引起廣泛的研宄興趣。例如，Changlu Shao采用溶劑熱合成技術(shù)制備了 Bi4Ti3O12納米片，并將其應(yīng)用于光催化降解有機(jī)污染物。Kudo報(bào)道通過固相焙燒法制備Bi4Ti3O12，并將其應(yīng)用于光催化降解有機(jī)污染物。溶劑熱合成技術(shù)工藝復(fù)雜、成本高、無法規(guī)?；a(chǎn)，單純的固相焙燒法難以制備粒度可控、分布均勻的Bi4Ti3O12粉體。因此需要探索一種既能夠易于規(guī)模制備、粒度可控、分布均勻并且具有較大比表面積的新型光催化劑及其制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種具有微納結(jié)構(gòu)的Bi4Ti3O12光催化劑及其制備方法和用途。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
[0005]一種具有微納結(jié)構(gòu)的Bi4Ti3O12光催化劑，Bi 4Ti3012微球形狀規(guī)則，直徑為0.5?2 μm，微球內(nèi)部中空，微球表面均勾分布孔徑為20?30nm的介孔。
[0006]優(yōu)選地，所述的具有微納結(jié)構(gòu)的Bi4Ti3O12光催化劑由制備好的溶膠經(jīng)噴霧造粒及煅燒兩步制得。
[0007]優(yōu)選地，所述的噴霧造粒所使用的溶膠是通過將硝酸鉍和可溶性鈦鹽按照Bi4Ti3O1J^化學(xué)計(jì)量比溶解在溶劑中，配置成濃度為0.01?0.lmol/L的溶膠，攪拌30min后，向其中加入Og?5.0g的造孔劑，超聲5?15min使其完全溶解，并攪拌使其混合均勻。
[0008]優(yōu)選地，所述的可溶性鈦鹽為鈦酸四丁酯、硫酸鈦、四氯化鈦中的一種，所述的溶劑為硝酸水溶液、甘露醇、乙二醇、乙二醇甲醚乙醇中的一種或者幾種的混合物。
[0009]優(yōu)選地，所述的造孔劑可以為聚乙烯吡咯烷酮、淀粉、聚乙烯醇、聚乙二醇、碳粉中的一種。
[0010]優(yōu)選地，所述的噴霧造粒過程的參數(shù)分別為壓力選擇0.01?0.1MPa，進(jìn)風(fēng)溫度設(shè)置為100?200°C，出風(fēng)溫度設(shè)置為200?280°C。
[0011]優(yōu)選地，所述的煅燒溫度為300?800 °C，保溫時(shí)間為0.5?5h。
[0012]優(yōu)選地，所述具有微納結(jié)構(gòu)的Bi4Ti3O12光催化劑在降解水體有機(jī)污染物中的應(yīng)用。
[0013]本發(fā)明的有益效果在于:首先，本發(fā)明制備而成的Bi4Ti3O12光催化劑具有規(guī)整的微球結(jié)構(gòu)，使得其具有良好的分散性和分離特性，提高了其重復(fù)使用性；其次，通過在微球內(nèi)形成中空結(jié)構(gòu)及表面納米介孔結(jié)構(gòu)，大大提高其比表面積和吸附特性，實(shí)現(xiàn)了光催化活性的顯著提高；最后，本發(fā)明的中空結(jié)構(gòu)及表面介孔由煅燒過程中有機(jī)物的揮發(fā)所形成，其孔隙率和比表面積可通過加入造孔劑的量進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)其性能的可控性。
【附圖說明】
[0014]圖1為具有微納結(jié)構(gòu)的Bi4Ti3O1A催化劑的掃描電子顯微鏡形貌圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，需要說明的是，僅僅是對本發(fā)明構(gòu)思所作的舉例和說明，所屬本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員對所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，只要不偏離發(fā)明的構(gòu)思或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)視為落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0016]實(shí)施例1
[0017]具有微納結(jié)構(gòu)的Bi4Ti3O12光催化劑的制備，具體步驟如下:
[0018]①、溶膠的制備，將0.05mol硝酸鉍溶于250ml濃度為lmol/L的硝酸乙醇溶液中，在20°C下超聲反應(yīng)20min，向溶液中加入0.0375mol的鈦酸四丁酯，將此溶液攪拌10?12h0
[0019]②、噴霧干燥過程，取步驟①中的溶膠，將噴霧造粒機(jī)的參數(shù)設(shè)定完畢后，待其加熱溫度達(dá)到所需溫度范圍，進(jìn)行噴霧造粒。
[0020]③、煅燒過程，取步驟②中的粉體進(jìn)行煅燒，升溫速率為1°C /min，加熱溫度為500 °C，保溫時(shí)間為30min。
[0021]通過該工藝制備的中空Bi4Ti3O12微球光催化劑，微球直徑為0.5?2 μ m，微球表面均勻分布孔徑為25nm左右的介孔，比表面積約為2.86m2/g，紫外光照射下2h甲基橙降解率超過80%。
[0022]實(shí)施例2
[0023]本實(shí)施例的制備方法同實(shí)施例1，不同的是步驟③中加熱溫度改為400°C。
[0024]通過該工藝制備的中空Bi4Ti3Cyt球光催化劑，微球直徑為0.5?2 μ m，微球表面均勻分布孔徑為25nm左右的介孔，比表面積約為2.86m2/g，紫外光照射下2h甲基橙降解率超過90%。
[0025]實(shí)施例3
[0026]本實(shí)施例的制備方法同實(shí)施例1，不同的是步驟③中加熱溫度改為600°C。
[0027]通過該工藝制備的中空Bi4Ti3Cyt球光催化劑，微球直徑為0.5?2 μ m，微球表面均勻分布孔徑為25nm左右的介孔，比表面積約為2.86m2/g，紫外光照射下2h甲基橙降解率超過90%。
[0028]實(shí)施例4
[0029]本實(shí)施例的制備方法同實(shí)施例1，不同的是步驟③中加熱溫度改為700°C。
[0030]通過該工藝制備的中空Bi4Ti3Cyt球光催化劑，微球直徑為0.5?2 μ m，微球表面均勻分布孔徑為25nm左右的介孔，比表面積約為2.75m2/g，紫外光照射下2h甲基橙降解率達(dá)到95%。
[0031]實(shí)施例5
[0032]本實(shí)施例的制備方法同實(shí)施例1，不同的是步驟①中加入聚乙烯吡咯烷酮2.5g。
[0033]通過該工藝制備的中空Bi4Ti3Cyt球光催化劑，微球直徑為0.5?2 μ m，微球表面均勻分布孔徑為25nm左右的介孔，比表面積約為9.17m2/g，紫外光照射下2h甲基橙降解率達(dá)到100%。
[0034]實(shí)施例6
[0035]本實(shí)施例的制備方法同實(shí)施例1，不同的是步驟①中加入聚乙烯吡咯烷酮5g。
[0036]通過該工藝制備的中空Bi4Ti3Cyt球光催化劑，微球直徑為0.5?2 μ m，微球表面均勻分布孔徑為25nm左右的介孔，比表面積約為5.69m2/g，紫外光照射下2h甲基橙降解率達(dá)到100%。
[0037]實(shí)施例7
[0038]本實(shí)施例的制備方法同實(shí)施例5，不同的是步驟①硝酸鉍的加入量改為0.0lmol,鈦酸丁酯的加入量改為0.0075moL.
[0039]通過該工藝制備的中空Bi4Ti3Cyt球光催化劑，微球直徑為0.5?2 μ m，微球表面均勻分布孔徑為25nm左右的介孔，比表面積約為9.91m2/g，紫外光照射下2h甲基橙降解率達(dá)到100%。
[0040]實(shí)施例8
[0041]本實(shí)施例的制備方法同實(shí)施例5，不同的是步驟①硝酸鉍的加入量改為0.03mol，鈦酸丁酯的加入量改為0.0225moL.
[0042]通過該工藝制備的中空Bi4Ti3Cyt球光催化劑，微球直徑為0.5?2 μ m，微球表面均勻分布孔徑為25nm左右的介孔，比表面積約為12.31m2/g，紫外光照射下2h甲基橙降解率達(dá)到100%。
[0043]實(shí)施例9
[0044]本實(shí)施例的制備方法同實(shí)施例8，不同的是步驟①中聚乙烯吡咯烷酮改為淀粉。
[0045]通過該工藝制備的中空Bi4Ti3Cyt球光催化劑，微球直徑為0.5?2 μ m，微球表面均勻分布孔徑為25nm左右的介孔，比表面積約為12.5m2/g，紫外光照射下2h甲基橙降解率達(dá)到100%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有微納結(jié)構(gòu)的Bi 4Ti3012光催化劑，其特征在于:Bi 4Ti3012微球形狀規(guī)則，直徑為0.5?2 μm，微球內(nèi)部中空，微球表面均勾分布孔徑為20?30nm的介孔。
2.—種如權(quán)利要求1所述的具有微納結(jié)構(gòu)的Bi 4Ti3012光催化劑的制備方法，其特征在于:所述的具有微納結(jié)構(gòu)的Bi4Ti3O12*催化劑由制備好的溶膠經(jīng)噴霧造粒及煅燒兩步制得。
3.如權(quán)利要求2所述的具有微納結(jié)構(gòu)的Bi4Ti3012光催化劑的制備方法，其特征在于:所述的噴霧造粒所使用的溶膠是通過將硝酸鉍和可溶性鈦鹽按照Bi4Ti3O12的化學(xué)計(jì)量比溶解在溶劑中，配置成濃度為0.01?0.lmol/L的溶膠，攪拌30min后，向其中加入Og?5.0g的造孔劑，超聲5?15min使其完全溶解，并攪拌使其混合均勻。
4.如權(quán)利要求3所述的具有微納結(jié)構(gòu)的Bi4Ti3012光催化劑的制備方法，其特征在于:所述的可溶性鈦鹽為鈦酸四丁酯、硫酸鈦、四氯化鈦中的一種，所述的溶劑為硝酸水溶液、甘露醇、乙二醇、乙二醇甲醚乙醇中的一種或者幾種的混合物。
5.如權(quán)利要求3所述的具有微納結(jié)構(gòu)的Bi4Ti3012光催化劑的制備方法，其特征在于:所述的造孔劑可以為聚乙烯吡咯烷酮、淀粉、聚乙烯醇、聚乙二醇、碳粉中的一種。
6.如權(quán)利要求2所述的具有微納結(jié)構(gòu)的Bi4113012光催化劑的制備方法，其特征在于:所述的噴霧造粒過程的參數(shù)分別為壓力選擇0.01?0.1MPa,進(jìn)風(fēng)溫度設(shè)置為100?200 0C，出風(fēng)溫度設(shè)置為200?280 °C。
7.如權(quán)利要求2所述的具有微納結(jié)構(gòu)的Bi4Ti3012光催化劑的制備方法，其特征在于:所述的煅燒溫度為300?800 °C，保溫時(shí)間為0.5?5h。
8.—種如權(quán)利要求1所述的具有微納結(jié)構(gòu)的Bi 4113012光催化劑的用途，其特征在于:所述具有微納結(jié)構(gòu)的Bi4Ti3O12光催化劑在降解水體有機(jī)污染物中的應(yīng)用。
【專利摘要】本發(fā)明涉及納米材料及光催化降解有機(jī)污染物技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種具有微納結(jié)構(gòu)的Bi4Ti3O12光催化劑及其制備方法和用途。Bi4Ti3O12微球形狀規(guī)則，直徑為0.5～2μm，微球內(nèi)部中空，微球表面均勻分布孔徑為25nm左右的介孔。微米級(jí)的尺寸使得Bi4Ti3O12光催化劑具有良好的可回收性；中空結(jié)構(gòu)及表面納米級(jí)介孔大大增加了微球的比表面積，從而顯著提高Bi4Ti3O12微球的吸附和光催化性能，可有效應(yīng)用于光催化降解水體有機(jī)物。中空結(jié)構(gòu)及表面介孔由煅燒過程中有機(jī)物的揮發(fā)所形成，其孔隙率和比表面積可通過加入造孔劑的量進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)其性能的可控性。
【IPC分類】C02F1-32, B01J23-18
【公開號(hào)】CN104549216
【申請?zhí)枴緾N201510070540
【發(fā)明人】徐光青, 張旭, 呂珺, 吳玉程, 鄭治祥
【申請人】合肥工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年2月10日