一種中空球狀納米γ-鉬酸鉍及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光催化劑制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種中空球狀納米γ-鉬酸鉍及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)境污染與防治是全球性的重要課題，近年來利用半導(dǎo)體光催化氧化技術(shù)降解染料廢水及空氣中有機污染物的研究受到了科研工作者的廣泛關(guān)注。以T12為代表的光催化材料盡管表現(xiàn)出優(yōu)良的光催化性能，但其可見光響應(yīng)范圍較窄，多以紫外光輻射為主，并且生產(chǎn)成本高、能耗大，使其實際應(yīng)用受到限制。開發(fā)能有效利用可見光的新型光催化材料已成為當今的研究熱點，特別是研制新的材料體系、增加其表面的催化活性位、拓寬對太陽能的利用率、提高氧化能力，獲得高效、穩(wěn)定的光催化材料是光催劑發(fā)展的重點之一。
[0003]納米γ-鉬酸鉍(Bi2MoO6)是近幾年興起的一種可見光半導(dǎo)體催化劑，它是一類具有奧利維里斯(Aurivillius)層狀特征的化合物，禁帶寬度約為2.7eV(比T12小)，可見光區(qū)具有很強的光吸收性能，在太陽能的利用和光催化反應(yīng)方面具有重要的發(fā)展前景。傳統(tǒng)的鉬酸鉍制備方法有固相燒結(jié)法、沉淀法和溶膠-凝膠法，這些方法制備的鉬酸鉍材料通常粒徑較大、比表面積較小、結(jié)晶較差并有大量的晶體缺陷，嚴重影響該光催化劑的光催化活性。因此開發(fā)一種制備方法簡單、能耗低、納米晶片細小、光催化活性高的γ-鉬酸鉍納米材料具有重要意義。
[0004]水熱法是一種在密封的壓力容器中，以水為溶劑在高溫高壓的條件下進行的化學(xué)反應(yīng)，該方法具有操作更簡單、能耗更少、成本更低、能制得具有更高活性催化劑的優(yōu)點。水熱法能得到固體粒徑均勻的催化劑，但是當固體粒徑比較小時比表面能高的催化劑顆粒更易團聚而影響其催化活性。如果采用適當?shù)谋砻婊钚詣┰谒芤褐行纬梢欢ㄐ螤畹哪z束起到模板作用，則可有效控制粒子的形狀和大小。因此選擇適當?shù)乃疅岱ê托蚊部刂苿┠苤苽涑鲂蚊部煽氐?、光催化活性高的鉬酸鉍可見光催化劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)制備鉬酸鉍存在的粒徑較大、比表面積較小、結(jié)晶較差以及晶體缺陷多的不足，提供一種中空球狀納米Y-鉬酸鉍及其制備方法，該方法操作簡單、能耗少、成本低，制備出的鉬酸鉍可見光催化劑形貌可控，光催化活性高。
[0006]本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下:
[0007]—種納米γ -鉬酸祕，為中空球結(jié)構(gòu)，所述中空球由10-50nm厚的鉬酸祕納米晶片構(gòu)成，所述納米γ -鉬酸鉍比表面積為20-50m2/g。
[0008]—種如前所述的中空球狀納米γ-鉬酸鉍的制備方法，包括以下步驟:1)將一定量的硝酸鉍、1-3丙二醇溶于異丙醇中，將溶液攪拌均勻后轉(zhuǎn)移至高壓釜中進行溶劑熱反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)冷卻、過濾、洗滌、烘干得到Bi 2 (OCH2CH2CH2O) 3固體粉末；2)配$ij (NH4) 6Μο7θ24水溶液，加入一定量步驟I)制備的Bi2 (OCH2CH2CH2O) 3固體粉末以及聚乙二醇2000，攪拌均勻得混合溶液，調(diào)節(jié)混合溶液的pH后將其轉(zhuǎn)移至高壓釜進行水熱反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)冷卻、過濾、洗滌、烘干得中空球狀γ -鉬酸鉍納米粉末。
[0009]步驟I)中硝酸鉍、1-3丙二醇、異丙醇的摩爾比為1:1.5-3:100-500。
[0010]步驟I)中溶劑熱反應(yīng)溫度為160-200°c，反應(yīng)時間l_24h，反應(yīng)完成后使溶液自然冷卻至室溫，過濾產(chǎn)物用異丙醇洗滌，烘干溫度為80-100°C。
[0011]步驟2)中配制的(順4) 6MO7024水溶液濃度為0.01-0.Imo I /L，混合溶液中(NH4)6Mo7024、Bi2(0CH2CH2CH20)3、聚乙二醇2000的摩爾比為1:6.9-7.1:0.001-0.01。
[0012]步驟2)采用硝酸調(diào)節(jié)溶液pH至0-3，水熱反應(yīng)溫度為160-200°C，反應(yīng)時間為1-24h，反應(yīng)完成后使溶液自然冷卻至室溫，過濾產(chǎn)物用去離子水、乙醇洗滌，烘干溫度為80-150。。。
[0013]本發(fā)明方法操作簡單、能耗少、成本低，采用該方法制備的中空球狀納米γ-鉬酸鉍粉體純度高，比表面積為20-50m2/g，中空球微結(jié)構(gòu)可控，納米晶片細小，可見光光催化效能優(yōu)異。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明制備中空球狀納米γ-鉬酸鉍的反應(yīng)機理圖；
[0015]圖2為本發(fā)明實施例1制備的中空球狀納米γ-鉬酸鉍的SEM圖。
【具體實施方式】
[0016]為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0017]本發(fā)明首先以異丙醇為溶劑、1-3丙二醇、硝酸鉍為原料進行溶劑熱反應(yīng)得到1-3丙二醇鉍，然后由七鉬酸銨與1-3丙二醇鉍在模板劑聚乙二醇輔助下進行水熱反應(yīng)制得中空球狀納米γ -鉬酸鉍，反應(yīng)機理如圖1所示。
[0018]實施例1
[0019]I)稱取200mmol硝酸祕，600mmol 1-3丙二醇溶于10moI (約7.64L)異丙醇中，攬摔均勻得到澄清液。將此溶液轉(zhuǎn)移到容積為1L的高壓釜中，升溫至160°C并保溫進行溶劑熱反應(yīng)6小時。反應(yīng)完成后停止加熱使高壓釜逐漸冷卻至室溫，將反應(yīng)產(chǎn)物過濾并用異丙醇洗滌3次，之后在80°C干燥12小時，得到1-3丙二醇鉍粉體。
[°02°] 2)取1mmol七鉬酸錢溶于100ml去離子水中，再加入69mmol步驟I)制備的1_3丙二醇鉍和0.1mmOl(0.2g)的聚乙二醇2000(PEG2000)，強力攪拌使l-3丙二醇鉍分散均勻。將混合液轉(zhuǎn)移至容積為1500ml的高壓釜中，用硝酸調(diào)節(jié)溶液pH值至0-1之間，將溶液升溫至180°C并保溫進行水熱反應(yīng)12小時。反應(yīng)完成后停止加熱使高壓釜冷卻至室溫，將反應(yīng)產(chǎn)物過濾分別用去離子水和乙醇各洗滌3次，之后在120°C干燥12小時，得到目標產(chǎn)物中空球狀納米γ-鉬酸鉍粉體。
[0021]制備出的中空球狀納米γ-鉬酸鉍粉體微觀結(jié)構(gòu)如圖1所示，從該SEM圖中可以清楚看到γ -鉬酸鉍粒子在納米尺度并且具有中空球形結(jié)構(gòu)。經(jīng)分析測試，本實施例所得γ -鉬酸鉍比表面積為35m2/g。
[0022]實施例2
[0023]I)稱取1mol硝酸祕，15mol 1-3丙二醇溶于100mol(約76.40L)異丙醇中，攪拌均勻得到澄清液。將此溶液轉(zhuǎn)移到容積為10L的高壓釜中，升溫至160°C并保溫進行溶劑熱反應(yīng)12小時。反應(yīng)完成后停止加熱使高壓釜逐漸冷卻至室溫，將反應(yīng)產(chǎn)物過濾并用異丙醇洗滌3次，之后在80°C干燥12小時，得到1-3丙二醇鉍粉體。
[0024]2)取0.5mol七鉬酸銨溶于5L去離子水中，再加入3.5mol步驟I)制備的1-3丙二醇鉍和0.5mmo I (I g)的聚乙二醇2000 (PEG2000)，強力攪拌使I _3丙二醇鉍分散均勻。將混合液轉(zhuǎn)移至容積為1L的高壓釜中，用硝酸調(diào)節(jié)溶液pH值至2-3之間，將溶液升溫至18