一种铈离子掺杂钆酸铋光催化材料的制备方法与流程

1.本发明涉及光催化材料的制备技术领域，更具体的说是涉及一种铈离子掺杂钆酸铋(ce
x
bi
(1-x)
gdo3)光催化材料的制备方法。


背景技术：

2.光催化被认为是一种净化和处理污染水体和空气的高效技术，但传统的光催化材料tio2只能吸收紫外光，可见光利用效率不高。钙钛矿结构gd-bi复合氧化物对可见光照射响应，gd在基态中有一个占据4d轨道，光激发会导致复合氧化物中bi的6s2的孤对电子向其d轨道发生电荷转移，使钆酸铋成为优良的可见光催化剂。
3.有研究表明，可以利用gd2o3和bi2o3的固态粉末在高温下煅烧制得bigdo3材料。这种方法虽然简单易行，但容易造成组分分布不均匀，烧制的晶体容易形成缺陷等问题。液相法制备的粉体粒径小分散性好，显微组织均匀等优点，现已成为研究的热点。液相法通常分为共沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法等，但是目前还没有利用共沉淀法制备bigdo3的相关文献记载。另外，ce
3
掺杂可在bigdo3晶格中引入缺陷或改变其离子价态，减少光生载流子的复合几率，并产生局域化的电子态，在禁带中引入相应的电子态的能级，扩展材料对光的吸收范围，增加材料的光催化效率，具有巨大的经济价值。
4.因此，如何提供一种共沉淀法制备铈离子掺杂钆酸铋光催化材料的方法是本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种共沉淀法制备铈离子掺杂钆酸铋光催化材料的方法。该方法工艺简单，制备出的ce
x
bi
(1-x)
gdo3粉体具有纯度高、晶体大小均匀、光催化特性高等优点，在光催化领域有广阔的应用前景。
6.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种铈离子掺杂钆酸铋光催化材料的制备方法，包括以下步骤：
8.(1)按照ce
x
bi
(1-x)
gdo3的化学计量比分别将bi2o3和gd2o3溶于浓硝酸中，将ce(no3)3·6h2o溶解在少量蒸馏水中，混合上述三种溶液，加入十二烷基苯磺酸钠作为分散剂，得到透明稀土溶液；
9.(2)在不断搅拌的情况下以氨水作为矿化剂，调节步骤(1)稀土溶液溶液的ph值，生成乳白色絮状沉淀，将带有沉淀的溶液室温陈化3h，过滤沉淀物，去离子水和无水乙醇交替各洗涤3次，干燥后得到前驱体粉末；
10.(3)煅烧步骤(2)获得前驱体粉末得到ce
x
bi
(1-x)
gdo3光催化粉体材料。
11.优选的，步骤(1)中所述的ce
x
bi
(1-x)
gdo3中x＝0.01-0.10。
12.优选的，步骤(1)所述稀土溶液中摩尔比(ce
3
bi
3
):gd
3
＝1:1。
13.优选的，步骤(1)所述浓硝酸浓度≥2mol/l。
14.优选的，步骤(1)中所述的分散剂为十二烷基苯磺酸钠，加入量为溶液中阳离子摩
尔浓度的2％。
15.优选的，步骤(2)中所述的矿化剂为氨水，调节溶液ph为7-12。
16.优选的，步骤(2)中所述的干燥温度80-200℃，干燥时间2-24h。
17.优选的，步骤(3)中前驱体粉末的煅烧温度为500-1500℃，保温时间3-18h。
18.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种铈离子掺杂钆酸铋光催化材料的制备方法，具有如下有益效果：
19.本发明采用共沉淀法，工艺方法简单，制备周期短，适合工业化批量生产。制备出的ce
x
bi
(1-x)
gdo3粉体具有纯度高、晶体大小均匀、光催化特性高等优点。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
21.图1为实施例1制备ce
0.02
bi
0.98
gdo3样品的xrd图谱；
22.图2为实施例2制备ce
0.04
bi
0.96
gdo3样品的xrd图谱；
23.图3为ce
x
bi
(1-x)
gdo3(x＝0％、2％、4％)样品对mb的光催化效率图。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.实施例1
26.共沉淀法制备铈离子掺杂钆酸铋光催化材料的方法，包括如下步骤：
27.(1)按照ce
0.02bi0.98
gdo3的化学计量比分别将bi2o3、gd2o3溶解在6mol/l的hno3中，将ce(no3)3·
6h2o按化学计量比溶解在少量蒸馏水中，混合三种溶液，得到透明稀土溶液；
28.(2)称取阳离子浓度2％的分散剂十二烷基苯磺酸钠(sdbs)，添加到透明稀土溶液中，持续搅拌10min；
29.(3)在不断搅拌的情况下用氨水作为矿化剂，调节溶液的ph值为9，此时溶液中产生大量乳白色絮状沉淀；
30.(4)将带有沉淀的溶液在室温陈化3小时，过滤沉淀物，然后用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，去除多余的杂质离子；
31.(5)将洗净后的前驱体放到干燥箱中，在80℃温度下干燥12h，然后研磨成粉末；
32.(6)将干燥好的前驱体在不同温度800℃下煅烧一定时间8h后随炉冷却，得到ce
0.02
bi
0.98
gdo3样品。
33.采用日本理学(rigaku)d/max-rb型x射线衍射仪对样品进行分析，结果表明，生成物的特征峰与bigdo3标准卡片jcpds-04-009-5543完全吻合，没有杂峰，说明少量ce掺杂对bigdo3结构没有影响，如附图1所示。
34.选择cel-s500/350氙灯光源模拟可见光，以亚甲基蓝(mb)溶液作为模拟污染物，对自制ce
0.02
bi
0.98
gdo3催化剂进行光催化性能测试。取300ml浓度为10mg/l的mb和0.1g自制催化剂，混合后暗处理50min，使自制催化剂粉体对mb溶液达到吸附平衡。用氙气灯作为光源，在搅拌的状态下进行光催化实验，每隔30min取样一次，反应时间共240min；利用紫外-可见光分光光度计，在波长665nm条件下，对mb的吸光度进行检测。
35.计算光催化效率根据公式：η＝(c
0-c
t
)/c0×
100％＝(a
0-a
t
)/a0×
100％进行计算。其中η：光催化效率(％)，c0：mb的初始浓度(mg/l)；c
t
：t时刻mb的浓度(mg/l)；a0：mb溶液的初始吸光度；a
t
：t时刻mb溶液的吸光度。光催化效率如图3所示。
36.实施例2
37.共沉淀法制备铈离子掺杂钆酸铋光催化材料的方法，包括如下步骤：
38.(1)按照ce
0.04bi0.96
gdo3的化学计量比分别将bi2o3、gd2o3溶解在6mol/l的hno3中，将ce(no3)3·
6h2o按化学计量比溶解在少量蒸馏水中，混合三种溶液，得到透明稀土溶液；
39.(2)称取阳离子浓度2％的分散剂十二烷基苯磺酸钠(sdbs)，添加到透明稀土溶液中，持续搅拌10min；
40.(3)在不断搅拌的情况下用氨水作为矿化剂，调节溶液的ph值为10，此时溶液中产生大量乳白色絮状沉淀；
41.(4)将带有沉淀的溶液在室温陈化3小时，过滤沉淀物，然后用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，去除多余的杂质离子；
42.(5)将洗净后的前驱体放到干燥箱中，在100℃温度下干燥6h，然后研磨成粉末；
43.(6)将干燥好的前驱体在700℃下煅烧10h后随炉冷却，得到ce
0.04
bi
0.96
gdo3样品。
44.采用日本理学(rigaku)d/max-rb型x射线衍射仪对样品进行分析，结果表明，生成物的特征峰与bigdo3标准卡片jcpds-04-009-5543完全吻合，说明少量ce掺杂对bigdo3结构没有影响，如附图2所示。
45.选择cel-s500/350氙灯光源模拟可见光，以亚甲基蓝(mb)溶液作为模拟污染物，对自制催化剂进行光催化性能测试。取300ml浓度为10mg/l的mb和0.1g自制催化剂，混合后暗处理50min，使自制催化剂粉体对mb溶液达到吸附平衡。用氙气灯作为光源，在搅拌的状态下进行光催化实验，每隔30min取样，利用紫外-可见光分光光度计，在波长665nm条件下，对mb的吸光度进行检测。
46.计算光催化效率根据公式：
47.η＝(c
0-c
t
)/c0×
100％＝(a
0-a
t
)/a0×
100％
48.其中c0：mb的初始浓度(mg/l)；c
t
：t时刻mb的浓度(mg/l)；a0：mb溶液的初始吸光度；a
t
：t时刻mb溶液的吸光度。光催化效率如图3所示。
49.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
50.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明
将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。