一种原位制备宽光谱Bi2O3@Bi纳米片的方法及其高效降解有机污染物应用与流程

一种原位制备宽光谱bi2o3@bi纳米片的方法及其高效降解有机污染物应用
技术领域
1.本发明属于污染物处理技术领域，具体涉及一种原位制备宽光谱bi2o3@bi纳米片的方法及其高效降解有机污染物应用。


背景技术：

2.由于工业生产和全球经济的发展，环境污染成为当今世界的主要问题之一，严重影响着生态平衡，危害着人类健康。工业向环境中大量排放的有机污染物，容易形成二次污染，并且在自然条件下不易分解。光催化技术是解决环境污染的一种有效、绿色、有前景的途径，越来越受到人们的关注。其中tio2光催化剂在有机物降解方面有着突出的应用前景，但它只能捕获太阳光谱中约4%的紫外光。人们一直在努力扩大tio2对太阳光的吸收和转化。到目前为止，提高tio2的太阳光捕获能力仍然是一个难题。因此，寻找可见光甚至是宽光谱驱动光催化剂具有重要的意义。近年来， bi基光催化剂中作为一类环保、无毒、低成本的光催化受到了广泛研究，包括biocl, biobr, bi3tao7, bivo4, bi2o3因其层状结构和可见光响应而被认为是非常有前途的光催化剂。（j. tian. et. al advanced materials. 2013）报道一种宽光谱响应的bi2wo6基光催化剂，能够在紫外、可见甚至是近红外光照射下产生电子空穴对，然后生成具有强氧化性的活性反应基团，进而使得环境中的有机污染物降解矿化。当前，虽然有一部分宽光谱响应bi基光催化剂已经被用来降解污染物，但是它们降解污染物能力依旧不能满足要求。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术中降解污染物存在很大局限的缺陷，从而提供一种原位制备宽光谱bi2o3@bi纳米片的方法及其高效降解有机污染物应用，本发明充分利用原位制bi2o3@bi纳米片光响应范围广、活性位点多等优点，可作为光催化剂在宽光谱条件下被激发，产生更多的电子空穴对，高效去除水体中有机污染物，该光催化剂制备方法简单，低成本，高活性，具有良好的应用前景。
4.作为本发明的一个方面，本发明提供一种原位制备宽光谱bi2o3@bi纳米片的方法，其包括以下步骤，（1）混合bi2o3和水合肼，磁力搅拌至充分分散，得到混合液；（2）将所述混合液进行恒温水浴；（3）冷却至室温后，经洗涤、真空烘干，即可。
5.优选的，步骤（1）中，所述混合bi2o3和水合肼，其用量为每10 mg bi2o3与1 ml 水合肼混合。
6.优选的，步骤（2）中，所述恒温水浴，其为在80 ℃的恒温条件下水浴30
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120 min。
7.优选的，步骤（2）中，所述恒温水浴，其为在80 ℃的恒温条件下水浴120 min。
8.优选的，步骤（3）中，所述洗涤，其为用水和乙醇进行离心洗涤。
9.作为本发明的另一个方面，本发明提供一种原位制备宽光谱bi2o3@bi纳米片的应用，其可在黑暗、紫外光、可见光、近红外光条件下讲解罗丹明b。
10.本发明的有益效果：本发明提供的宽光谱响应光催化剂bi2o3@bi纳米片，比表面积大，具有高反应活性的暴露面，吸附能力强等优点。同时，所述bi2o3@bi光催化剂不仅可被紫外光和可见光激发，还可在近红外光条件下激发出电子空穴对，能高效降解罗丹明b。
附图说明
11.图1为本发明实施例制备的bi2o3@bi光催化剂的xrd图；图2为本发明实施例制备的bi2o3@bi光催化剂的sem图,图中比例尺为5微米；图3为实施例1制备的bi2o3@bi光催化剂分别在紫外光条件下降解罗丹明b的催化降解图；在紫外光的照射90 min后，bi2o3@bi
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30，bi2o3@bi
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60，bi2o3@bi
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90，bi2o3@bi
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120的催化活性依次递增，但bi2o3@bi
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120对紫外光的响应非常显著，促进了光生电子空穴的分离，这满足了快速、高效的集中降解的需求。
12.图4为实施例1中制备的bi2o3@bi光催化剂分别在可见光条件下降解罗丹明b的催化降解图，bi2o3@bi
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30和bi2o3@bi
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120相比于其他具有较好的降解效果，但依然为bi2o3@bi
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120的效果最佳。
13.图5为实施例1中制备的bi2o3@bi
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120光催化剂分别在近红外光条件下降解罗丹明b的催化降解图。反应时间5 h后，不加光催化剂的溶液几乎没有降解，相比之下， bi2o3@bi
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120将罗丹明b降解了60%以上。
具体实施方式
14.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
15.实施例1本发明制备了一种宽光谱响应光催化剂，利用bi2o3@bi纳米片降解有机污染物。bi2o3@bi纳米片是一种性能优异的宽光谱响应光催化剂，具有良好的催化活性。bi2o3@bi纳米片可以捕获太阳光，激发出电子空穴对，产生的电子和空穴能够与水等反应生成羟基和超氧自由基，无条件地将污染物完全降解，使之成为无害物质。该bi2o3@bi纳米片不仅可被紫外光激发，还可在可见和红外光条件下激发更多的电子空穴对，与水反应生成更多的羟基和超氧自由基，可更进一步提高对有机污染物的降解性能，提高降解率。
16.bi2o3@bi纳米片具体可采用下述步骤制备：将bi2o3和水合肼按配比（10 ppm）先后加入到装有100ml的容器中，搅拌后充分分散。将盛有混合溶液的烧杯置于80℃的水浴锅中，恒温水浴30、60、90、120 min,冷却至室温后用蒸馏水和乙醇清洗并置于烘箱60℃烘干，即得到bi2o3@bi纳米片。
17.采用上述步骤制备的宽光谱响应bi2o3@bi光催化剂，工艺简单，成本低，制备过程短，制备条件易于控制。如图1所示，制备的bi2o3@bi纳米片的xrd图谱和标准卡片一一对应，说明bi2o3@bi纳米片纯度较好，并且结晶程度高和光响应范围宽，可有效降低有机污染物对环境的影响，改善环境质量。
18.bi2o3@bi纳米片具体的制备实施例：（1）称取200 mg bi2o3和20 ml 水合肼，先后加入到100 ml烧杯中；
（2）将装有上述混合液的烧杯置于磁力搅拌器上搅拌2分钟，充分分散；（3）将上述混合液放入水浴锅中，80 ℃的恒温条件下还原30
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120 min（分别命名为bi2o3@bi
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30，bi2o3@bi
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60，bi2o3@bi
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90，bi2o3@bi
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120）。
19.（4）冷却至室温后，用5 ml蒸馏水和5 ml乙醇分别用离心机在6000r/min的转速下离心5 min, 离心洗涤三次以上，置于烘箱60℃烘干得到bi2o3@bi光催化剂产物。
20.实施例2：将10 mg bi2o3@bi光催化剂放入含有50ml 10 ppm罗丹明b溶液的100ml烧杯中。在黑暗环境中搅拌30 min，达到吸附解吸平衡。然后用紫外光(200
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420 nm)照射混合物，光源采用300w氙灯。在光催化过程中，每隔30 min取一次样品，每次取3 ml反应溶液放入离心管中，离心后，用紫外可见分光光度计（uv
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6100）测定上清液的吸光度。根据lambert
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beer定律，有机物特征吸收峰强度的变化，可以定量计算其浓度变化。当吸光物质相同、厚度相同时，可以用吸光度的变化直接表示溶液浓度的变化。因为罗丹明b在540 nm处有一个特征吸收峰，因此，本实验例中可以利用吸光度的变化来衡量溶液中罗丹明b的浓度变化。从图3（横坐标：降解时间；纵坐标：经过光照搅拌一段时间后，测量的罗丹明b浓度值与罗丹明b的初始浓度的比值）可以看出，降解时间90 min后，测量bi2o3@bi
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120的产物，罗丹明b降解了90%以上。而且在紫外光的照射下，bi2o3@bi
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30，bi2o3@bi
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60，bi2o3@bi
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90，bi2o3@bi
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120的催化活性依次递增。
21.实施例3：将10 mg bi2o3@bi光催化剂放入含有50ml 10 ppm罗丹明b溶液的100ml烧杯中。在黑暗环境中搅拌30 min，达到吸附解吸平衡。然后用可见光(420
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800 nm)照射混合物，光源采用300 w氙灯。在光催化过程中，每隔5 min取一次样品，每次取3 ml反应溶液放入离心管中，离心后，用紫外可见分光光度计（uv
‑
6100）测定上清液的吸光度。根据lambert
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beer定律，有机物特征吸收峰强度的变化，可以定量计算其浓度变化。当吸光物质相同、厚度相同时，可以用吸光度的变化直接表示溶液浓度的变化。因为罗丹明b在540 nm处有一个特征吸收峰，因此，本实验例中可以利用吸光度的变化来衡量溶液中罗丹明b的浓度变化。从图4（横坐标：降解时间；纵坐标：经过光照搅拌一段时间后，测量的罗丹明b浓度值与罗丹明b的初始浓度的比值）可以看出，降解时间15 min后，bi2o3@bi
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120将罗丹明b降解了70%以上。而且在可见光的照射下，bi2o3@bi
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30，bi2o3@bi
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60，bi2o3@bi
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90的催化活性相较于商品bi2o3都有所增加。
22.实施例4：将10 mg bi2o3@bi
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120光催化剂放入含有50ml 10 ppm罗丹明b溶液的100ml烧杯中。在黑暗环境中搅拌30 min，达到吸附解吸平衡。然后用近红外光(800
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1100 nm)照射混合物，光源采用300w氙灯。在光催化过程中，每隔60 min取一次样品，每次取3 ml反应溶液放入离心管中，离心后，用紫外可见分光光度计（uv
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6100）测定上清液的吸光度。根据lambert
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beer定律，有机物特征吸收峰强度的变化，可以定量计算其浓度变化。当吸光物质相同、厚度相同时，可以用吸光度的变化直接表示溶液浓度的变化。因为罗丹明b在540 nm处有一个特征吸收峰，因此，本实验例中可以利用吸光度的变化来衡量溶液中罗丹明b的浓度变化。从图5（横坐标：降解时间；纵坐标：经过光照一段时间后，测量的罗丹明b浓度值与罗丹明b的初始浓度的比值）可以看出，反应时间5 h后，不加光催化剂的溶液几乎没有降
解，相比之下， bi2o3@bi
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120将罗丹明b降解了60%以上。
23.应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。