一種釔酸鉍納米棒及其制備方法和用途
【專利摘要】本發(fā)明屬于納米材料合成【技術領域】，特指涉及具一種釔酸鉍納米棒及其制備方法和用途，本發(fā)明采用水熱合成法制備形貌均一的釔酸鉍納米棒，其技術方案是首先用Bi(NO3)3?5H2O（硝酸鉍）和 Y(NO3)3?6H2O（硝酸釔） 混合于硝酸中攪拌均勻后，用NH4?H2O調節(jié)pH值，水熱制得釔酸鉍納米棒前驅液；再將前驅液經過高溫煅燒得釔酸鉍納米棒。本發(fā)明利用簡單的水熱合成方法合成釔酸鉍納米棒光催化劑，其形貌為二維納米棒，作為一種新型光催化材料，該材料具有化學穩(wěn)定性，無毒等優(yōu)點。
【專利說明】 一種釔酸鉍納米棒及其制備方法和用途

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料合成【技術領域】，特指涉及具一種釔酸鉍納米棒及其制備方法和用途，該納米棒可用于可見光降解抗生素領域。

【背景技術】
[0002]環(huán)境污染能源枯竭使得作為綠色無污染可循環(huán)能源的太陽能成為了近年來研究熱點。大多數光催化半導體材料可以在UV光對有機物降解，為了使得光催化劑能更充分的利用光譜國內外的學者做了很多研究。釔酸鉍的能帶為2.14 EV，它是一種對可見光有響應的光催化劑。研究者發(fā)現一般反應中釔很難進入氧化鉍的晶格中，只有用固相法合成了釔酸鉍，但是固相法的溫度很高對形貌影響很大，因而由固相法合成的釔酸鉍形貌都是很不好。光催化劑反應主要是發(fā)生在光催化的表面，而一個擁有良好形貌和小尺寸的無機納米材料比大無形的納米材料展現了更好的光催化活性。水熱法是提供了一種溫和的晶體生長環(huán)境，而且它是一種綠色環(huán)保的方法。所以探求水熱法生成釔酸鉍是十分必要的。


【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡單，綠色環(huán)保的水熱法制備釔酸鉍納米棒的方法。
[0004]本發(fā)明采用水熱合成法制備形貌均一的釔酸鉍納米棒，其技術方案是首先用Bi (NO3) 3-5H20 (硝酸鉍)和Y (NO3) 3.6H 20 (硝酸釔)混合于硝酸中攪拌均勻后，用ΝΗ4.H 20調節(jié)PH值，水熱制得釔酸鉍納米棒前驅液；再將前驅液經過高溫煅燒得釔酸鉍納米棒。
[0005]一種釔酸鉍納米棒的制備方法，是按照下述步驟進行的:
(I)稱取硝酸鉍和硝酸釔溶于硝酸中得到混合溶液，所述硝酸鉍和硝酸釔的摩爾比為
1:1。
[0006](2)將步驟I中的混合溶液超聲攪拌，得到澄清透明液體。
[0007](3)將步驟2獲得的液體轉移至聚四氟乙烯內襯的反應釜中，用ΝΗ4.Η20調節(jié)pH值至為8-10 ;加水至反應釜體積的80%。
[0008](4)將步驟3中的反應釜在180 °C -260°C的溫度范圍內，恒溫反應12_48h得到沉淀物。
[0009](5)將步驟4中獲得的沉淀物通過水和乙醇交替洗滌，離心。
[0010](6)將步驟5中離心后的產物真空干燥后進行高溫煅燒，以除去雜質，從而獲得純相釔酸鉍納米棒。
[0011]步驟(I)所述硝酸的濃度為0.lmol/L0
[0012]步驟(2)中超聲攪拌的時間為lh。
[0013]步驟(6)中真空干燥的溫度為60°C，干燥時間為12h。
[0014]步驟(6)中高溫煅燒的溫度為450°C _800°C，煅燒時間為2h，升溫速率為2°/min。
[0015]本發(fā)明中加入氨水作為0H_的提供者，該方法的優(yōu)勢是利用氨水調節(jié)pH使得生成釔鉍的絡合物，釔可以進入鉍的晶格中，多余氨水在高溫下生成氮氣和水，因而不會對反應產生影響；而口11值在一定的范圍內才能生成釔酸鉍，當加入KOH時候，無法生成棒狀的釔酸鉍，而是堆積的納米片狀物質；當PH小于8的時候，或者大于10的時候，生成物質為雜質，無法生長純相的釔酸鉍納米棒；因為硝酸鉍不溶解在水中，在水中可生成很多副產物，因而為了溶解硝酸鉍使得其成為硝酸鉍的溶液，在步驟I中加入0.lmol/T1的稀硝酸。
[0016]本發(fā)明的另一個目的，是提供所制備的釔酸鉍納米棒作為可見光催化劑降解四環(huán)素的用途。
[0017]本發(fā)明所使用的硝酸釔,氨水,硝酸鉍均為分析純。
[0018]本發(fā)明利用簡單的水熱合成方法合成釔酸鉍納米棒光催化劑，其形貌為二維納米棒，作為一種新型光催化材料，該材料具有化學穩(wěn)定性，無毒等優(yōu)點。
[0019]本發(fā)明工藝簡單，重現性好，且所用原材料均為無機化合物，價廉易得，成本低，符合環(huán)境友好要求，反應時間較短，從而減少了能耗和反應成本，便于批量生產；同時由于釔酸鉍納米棒光催化劑具有較強的光催化降解能力，具有很高的實際應用能力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為釔酸鉍納米棒氧化銦X射線衍射分析圖(XRD)。
[0021]圖2為釔酸鉍納米棒掃描電鏡圖(SEM)。
[0022]圖3為釔酸鉍納米棒在室溫下的光降解圖。

【具體實施方式】
[0023]下面結合實施例對本發(fā)明進行詳細說明，以使本領域技術人員更好的理解本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于以下實施例。
[0024]實施例1:
(I)稱取硝酸鉍和硝酸釔溶于10ml、0.lmol/L—1稀硝酸中，所述硝酸鉍和硝酸釔的質量分別為 0.2425g, 0.1916g。
[0025](2)將步驟I中的混合溶液超聲攪拌lh，得到澄清透明液體。
[0026](3)將步驟2獲得的液體轉移至聚四氟乙烯內襯的反應釜中，用ΝΗ4.Η20調節(jié)pH值至為8 ;加水至反應釜體積的80%。
[0027](4)將步驟3中的反應釜在180 0C的溫度范圍內，恒溫反應48h得到沉淀物。
[0028](5)將步驟4中獲得的沉淀物通過水和乙醇交替洗滌，離心。
[0029](6)將步驟5中離心后的產物后進行高溫煅燒，以除去雜質，從而獲得純相釔酸鉍納米棒，高溫煅燒的溫度為450°C，煅燒時間為2h，升溫速率為2°/min。
[0030]實施例2:
(I)稱取硝酸鉍和硝酸釔溶于10ml、0.lmol/L—1稀硝酸中，所述硝酸鉍和硝酸釔的質量分別為 0.2425g, 0.1916g。
[0031](2)將步驟I中的混合溶液超聲攪拌lh，得到澄清透明液體。
[0032](3)將步驟2獲得的液體轉移至聚四氟乙烯內襯的反應釜中，用ΝΗ4.Η20調節(jié)pH值至為8.5 ;加水至反應釜體積的80%。
[0033](4)將步驟3中的反應釜在200 °C的溫度范圍內，恒溫反應24h得到沉淀物。
[0034](5)將步驟4中獲得的沉淀物通過水和乙醇交替洗滌，離心。
[0035](6)將步驟5中離心后的產物后進行高溫煅燒，以除去雜質，從而獲得純相釔酸鉍納米棒，高溫煅燒的溫度為550°C，煅燒時間為2h，升溫速率為2°/min。
[0036]實施例3:
(I)稱取硝酸鉍和硝酸釔溶于10ml、0.lmol/L—1稀硝酸中，所述硝酸鉍和硝酸釔的質量分別為 0.2425g, 0.1916g。
[0037](2)將步驟I中的混合溶液超聲攪拌lh，得到澄清透明液體。
[0038](3)將步驟2獲得的液體轉移至聚四氟乙烯內襯的反應釜中，用ΝΗ4.Η20調節(jié)pH值至為9 ;加水至反應釜體積的80%。
[0039](4)將步驟3中的反應釜在240 0C的溫度范圍內，恒溫反應16h得到沉淀物。
[0040](5)將步驟4中獲得的沉淀物通過水和乙醇交替洗滌，離心。
[0041](6)將步驟5中離心后的產物后進行高溫煅燒，以除去雜質，從而獲得純相釔酸鉍納米棒，高溫煅燒的溫度為650°C，煅燒時間為2h，升溫速率為2°/min。
[0042]實施例4:
(1)稱取硝酸鉍和硝酸釔溶于1ml0.lmol/L—1稀硝酸中，所述硝酸鉍和硝酸釔的質量分別為 0.2425g, 0.1916g.(2)將步驟I中的混合溶液超聲攪拌lh，得到澄清透明液體。
[0043](3)將步驟2獲得的液體轉移至聚四氟乙烯內襯的反應釜中，用ΝΗ4.Η20調節(jié)pH值至為10 ;加水至反應釜體積的80%。
[0044](4)將步驟3中的反應釜在260 °C的溫度范圍內，恒溫反應12h得到沉淀物。
[0045](5)將步驟4中獲得的沉淀物通過水和乙醇交替洗滌，離心。
[0046](6)將步驟5中離心后的產物后進行高溫煅燒，以除去雜質，從而獲得純相釔酸鉍納米棒，高溫煅燒的溫度為750°C，煅燒時間為2h，升溫速率為2°/min。
[0047]實施例5:
(1)稱取硝酸鉍和硝酸釔溶于1ml、0.lmol/L—1稀硝酸中，所述硝酸鉍和硝酸釔的質量分別為 0.4851g,0.38306g.(2)將步驟I中的混合溶液超聲攪拌lh，得到澄清透明液體。
[0048](3)將步驟2獲得的液體轉移至聚四氟乙烯內襯的反應釜中，用ΝΗ4.Η20調節(jié)pH值至為8 ;加水至反應釜體積的80%。
[0049](4)將步驟3中的反應釜在180 °C的溫度范圍內，恒溫反應48h得到沉淀物。
[0050](5)將步驟4中獲得的沉淀物通過水和乙醇交替洗滌，離心。
[0051](6)將步驟5中離心后的產物后進行高溫煅燒，以除去雜質，從而獲得純相釔酸鉍納米棒，高溫煅燒的溫度為800°C，煅燒時間為2h，升溫速率為2°/min。
[0052]實施例6:
(I)稱取硝酸鉍和硝酸釔溶于1ml 0.lmol/L—1稀硝酸中，所述硝酸鉍和硝酸釔的質量分別為 0.2425g, 0.1916g。
[0053](2)將步驟I中的混合溶液超聲攪拌lh，得到澄清透明液體。
[0054](3)將步驟2獲得的液體轉移至聚四氟乙烯內襯的反應釜中，用ΝΗ4.Η20調節(jié)pH值至為9.5 ;加水至反應釜體積的80%。
[0055](4)將步驟3中的反應釜在200 °C的溫度范圍內，恒溫反應24h得到沉淀物。
[0056](5)將步驟4中獲得的沉淀物通過水和乙醇交替洗滌，離心。
[0057](6)將步驟5中離心后的產物后進行高溫煅燒，以除去雜質，從而獲得純相釔酸鉍納米棒，高溫煅燒的溫度為700°C，煅燒時間為2h，升溫速率為2°/min。
[0058]實施例7:
(I)稱取硝酸鉍和硝酸釔溶于1ml 0.lmol/L—1稀硝酸中，所述硝酸鉍和硝酸釔的質量分別為 0.2425g, 0.191g。
[0059](2)將步驟I中的混合溶液超聲攪拌lh，得到澄清透明液體。
[0060](3)將步驟2獲得的液體轉移至聚四氟乙烯內襯的反應釜中，用ΝΗ4.Η20調節(jié)pH值至為8.8 ;加水至反應釜體積的80%。
[0061](4)將步驟3中的反應釜在220 0C的溫度范圍內，恒溫反應20h得到沉淀物。
[0062](5)將步驟4中獲得的沉淀物通過水和乙醇交替洗滌，離心。
[0063](6)將步驟5中離心后的產物后進行高溫煅燒，以除去雜質，從而獲得純相釔酸鉍納米棒，高溫煅燒的溫度為600°C，煅燒時間為2h，升溫速率為2°/min。
[0064]實施例8:
(1)稱取硝酸鉍和硝酸釔溶于1ml0.lmol/L—1稀硝酸中，所述硝酸鉍和硝酸釔的質量分別為 0.2425g, 0.1916g.(2)將步驟I中的混合溶液超聲攪拌lh，得到澄清透明液體。
[0065](3)將步驟2獲得的液體轉移至聚四氟乙烯內襯的反應釜中，用ΝΗ4.Η20調節(jié)pH值至為9.8 ;加水至反應釜體積的80%。
[0066](4)將步驟3中的反應釜在180 0C的溫度范圍內，恒溫反應48h得到沉淀物。
[0067](5)將步驟4中獲得的沉淀物通過水和乙醇交替洗滌，離心。
[0068](6)將步驟5中離心后的產物后進行高溫煅燒，以除去雜質，從而獲得純相釔酸鉍納米棒，高溫煅燒的溫度為550°C，煅燒時間為2h，升溫速率為2°/min。
[0069]實施例9:
(I)稱取硝酸鉍和硝酸釔溶于1ml 0.lmol/L—1稀硝酸中，所述硝酸鉍和硝酸釔的質量分別為 0.2425g, 0.1916g。
[0070](2)將步驟I中的混合溶液超聲攪拌lh，得到澄清透明液體。
[0071](3)將步驟2獲得的液體轉移至聚四氟乙烯內襯的反應釜中，用ΝΗ4.H2O調節(jié)pH值至為9.5 ;加水至反應釜體積的80%。
[0072](4)將步驟3中的反應釜在200 0C的溫度范圍內，恒溫反應26h得到沉淀物。
[0073](5)將步驟4中獲得的沉淀物通過水和乙醇交替洗滌，離心。
[0074](6)將步驟5中離心后的產物后進行高溫煅燒，以除去雜質，從而獲得純相釔酸鉍納米棒，高溫煅燒的溫度為500°C，煅燒時間為2h，升溫速率為2°/min。
[0075]實施例10:
(I)稱取硝酸鉍和硝酸釔溶于1ml 0.lmol/L—1稀硝酸中，所述硝酸鉍和硝酸釔的質量分別為 0.2425g, 0.1916g。
[0076](2)將步驟I中的混合溶液超聲攪拌lh，得到澄清透明液體。
[0077](3)將步驟2獲得的液體轉移至聚四氟乙烯內襯的反應釜中，用ΝΗ4.Η20調節(jié)pH值至為8.5 ;加水至反應釜體積的80%。
[0078](4)將步驟3中的反應釜在210 0C的溫度范圍內，恒溫反應24h得到沉淀物。
[0079](5)將步驟4中獲得的沉淀物通過水和乙醇交替洗滌，離心。
[0080](6)將步驟5中離心后的產物后進行高溫煅燒，以除去雜質，從而獲得純相釔酸鉍納米棒，高溫煅燒的溫度為450°C，煅燒時間為2h，升溫速率為2°/min。
[0081]釔酸鉍納米棒在可見光照射下對四環(huán)素的降解實驗步驟如下:
在GHX-2型光化學反應儀(購自揚州大學科技城科技有限公司)中進行，將濃度為10mg/L四環(huán)素100 mL加入光催化儀器反應器中，然后加入水熱合成的釔酸鉍(BiYO3)光催化劑0.05 g，在暗室使用磁力攪拌器反應30分鐘，達到反應吸附平衡后開始取樣，然后開啟曝氣裝置并開裝上濾光片的150W氙燈光源，曝氣通入空氣目的是保持催化劑處于懸浮或飄浮狀態(tài)，氙燈光照過程中每間隔30 min取樣，離心分離后取上層清液在四環(huán)素最大吸收波長Amax=357nm處，使用TU-1800紫外可見分光光度計處測定樣品吸光度，并通過公式:DC= [ (A0-Ai)/A0] X 100%算出光降解率，其中AO為達到吸附平衡時四環(huán)素溶液的吸光度，Ai為定時取樣測定的四環(huán)素溶液的吸光度。
[0082]本發(fā)明所制備的釔酸鉍納米棒在可見光照射時對四環(huán)素的降解率在90min時達到 51%。
[0083]附圖1中各衍射峰的位置和相對強度均與JCPDS (粉末衍射標準聯合委員會)卡片(27-1047)相吻合，且XRD圖譜中沒有其它衍射雜峰，說明本發(fā)明提出的水熱條件下制備出的釔酸鉍(BiYO3)納米棒的物相是純的。
[0084]附圖2中，場發(fā)射掃描電鏡(SEM)測試表明，在室溫下，由水熱法制備的釔酸鉍納米棒長1-3 ym,直徑為100-400 nm。
[0085]附圖3中，光催化效果圖顯示本發(fā)明所制備的釔酸鉍納米棒在可見光照射時對四環(huán)素的降解率在90min時達到51%。
【權利要求】
1.一種釔酸鉍納米棒，其特征在于:所述釔酸鉍納米棒長1-3 μ m,直徑為100-400nm0
2.如權利要求1所述的一種釔酸鉍納米棒的制備方法，其特征在于具體步 驟如下: (1)稱取硝酸鉍和硝酸釔溶于硝酸中得到混合溶液，所述硝酸鉍和硝酸釔 的摩爾比為1:1 ; (2)將步驟I中的混合溶液超聲攪拌，得到澄清透明液體； (3)將步驟2獲得的液體轉移至聚四氟乙烯內襯的反應釜中，用NH4H2O 調節(jié)PH值至為8-10 ;加水至反應釜體積的80% ； (4)將步驟3中的反應釜在180°C -260°C的溫度范圍內，恒溫反應12_48h 得到沉淀物； (5)將步驟4中獲得的沉淀物通過水和乙醇交替洗滌，離心； (6)將步驟5中離心后的產物真空干燥后進行高溫煅燒，以除去雜質，從 而獲得純相釔酸鉍納米棒。
3.如權利要求2所述的一種釔酸鉍納米棒的制備方法，其特征在于:步驟(I)所述硝酸的濃度為0.lmol/L。
4.如權利要求2所述的一種釔酸鉍納米棒的制備方法，其特征在于:步驟(2)中超聲攪拌的時間為lh。
5.如權利要求2所述的一種釔酸鉍納米棒的制備方法，其特征在于:步驟(6)中真空干燥的溫度為60°C,干燥時間為12h。
6.如權利要求2所述的一種釔酸鉍納米棒的制備方法，其特征在于:步驟(6)中高溫煅燒的溫度為450°C _800°C，煅燒時間為2h，升溫速率為2°/min。
7.如權利要求1所述的一種釔酸鉍納米棒作為可見光催化劑降解四環(huán)素的用途。
【文檔編號】B82Y40/00GK104495922SQ201410747463
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月9日 優(yōu)先權日:2014年12月9日
【發(fā)明者】施偉東, 吳苗苗, 王超, 張超, 蔡凡朋, 余小強, 陳超 申請人:江蘇大學