一种有机物修饰BSO异质光催化材料的制备方法

一种有机物修饰bso异质光催化材料的制备方法
技术领域
1.本发明属于光催化材料技术领域，特别涉及一种有机物修饰bso异质光催化材料的制备方法。


背景技术：

2.si2bi
24o40
(bso)光催化剂具有独特的电子结构、优良的可见光吸收能力和较高的有机物降解能力。bi2o2sio3(bos)是一种重要的半导体功能材料，它具有独特的[bi2o2]
2 -[sio3]
2-‑
[bi2o2]
2
分层结构。由于单相光催化剂往往无法有效实现光生载流子的快速分离，可将两种材料进行复合形成异质结，从而提高其光催化性能。然而，将bso与bos复合后，形成的片层结构会出现严重的堆叠现象，并且在片层表面存在团聚颗粒，这将极大阻塞污染物的吸附通道，并减少材料表面的活性位点，从而影响其光催化性能。
[0003]
在专利cn202110551331.4中，利用溶胶-凝胶法制备了一种高纯度亚稳相bi2o2sio3，利用亚稳相bi2o2sio3易生成片层结构解决了部分块体bso材料团聚的问题，但片层结构堆积问题仍未能被克服，无法有效获得具有高比表面积的催化材料，从而限制了它的光催化性能。


技术实现要素：

[0004]
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种有机物修饰bso异质光催化材料的制备方法，以期得到结晶完好，光催化性能优良的光催化复合材料，并使得其制备过程具有低成本、易于操作、生产周期短的特点。
[0005]
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0006]
一种有机物修饰bso异质光催化材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]
步骤(1)，称取硝酸铋溶于去离子水中，搅拌，并加入乙二醇，形成a液；
[0008]
步骤(2)，称取九水偏硅酸钠溶于去离子水中，搅拌形成b液；
[0009]
步骤(3)，将b液缓慢滴加至a液中，搅拌形成白色乳液状bso前驱体；
[0010]
步骤(4)，称取葡萄糖和精氨酸置于去离子水中，室温搅拌形成c液；
[0011]
步骤(5)，将c液装入聚四氟乙烯反应釜中，在160～200℃下反应2～3h后，随炉降至室温，得到d液；
[0012]
步骤(6)，将d液离心后装入透析袋透析，得到葡萄糖与精氨酸混合液；
[0013]
步骤(7)，将bso前驱体转移至内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，并加入葡萄糖与精氨酸混合液，将反应釜密封，在160～200℃下恒温保持8～14h后，自然冷却至室温；将所得产物洗涤，干燥，即得有机物修饰bso异质光催化材料。
[0014]
在一个实施例中，所述步骤(1)，硝酸铋0.005～0.007mol，去离子水3～5ml，乙二醇6～8ml；所述步骤(2)，九水偏硅酸钠0.005～0.007mol，去离子水7～10ml；所述步骤(4)，葡萄糖0.01～0.02mol，精氨酸0.005～0.01mol，去离子水20～30ml；所述步骤(7)，葡萄糖与精氨酸混合液2.5～15ml。
[0015]
在一个实施例中，所述步骤(1)，持续搅拌25～40min；所述步骤(2)，持续搅拌25～40min；所述步骤(3)，搅拌20～30min；所述步骤(4)，搅拌30～40min。
[0016]
在一个实施例中，所述步骤(6)，离心条件为：12000g的离心力下离心10～15min；所述透析袋的分子量为1000da，透析条件为：2000ml去离子水中透析22～26h。
[0017]
在一个实施例中，所述步骤(7)，不锈钢反应釜填充体积为80％。
[0018]
在一个实施例中，所述步骤(7)，洗涤条件为：依次用去离子水和乙醇交替洗涤2～3次。
[0019]
在一个实施例中，所述步骤(7)，干燥条件为：60～80℃下干燥8～12h。
[0020]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0021]
本发明提供的一种有机物修饰bso异质光催化材料的制备方法，利用水热预处理的葡萄糖与精氨酸混合溶液有效改善了异质bso的光催化性能，其主要原因是对形貌进行调控的同时使得参与光催化降解过程的活性物质发生了转变。首先，葡萄糖与精氨酸在修饰bso的反应中，破坏了bso的(311)和(123)晶面的择优生长，形成了小而薄的三维花状纳米片层结构，达到了调控形貌的目的；此外，葡萄糖与精氨酸在反应过程中容易形成具有还原性的中间产物，导致bso在生长过程中氧空位明显增加，从而形成了氧缺陷能级，促进了光生载流子的电荷分离效率，加速了表面氧化还原反应，提高了bso的光催化性能。
附图说明
[0022]
图1是本发明实施例1所得样品的sem图。
[0023]
图2是本发明实施例2所得样品的污染物降解图。
具体实施方式
[0024]
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
[0025]
如前所述，现有技术将bso与bos复合后，出现了严重片层堆叠现象，片层表面还存在大量的团聚颗粒，一方面影响污染物吸附，另一方面减少了表面活性位点，使得光催化性能受到了影响。若能找到一种特殊的物质，对它的片层结构进行分散，就能妥善解决上述问题。
[0026]
由此，本发明提供了一种低成本、易于操作，生产周期短的有机物修饰bso异质光催化材料制备方法，所得复合材料结晶完好，光催化性能优良，其具体操作步骤如下：
[0027]
步骤(1)，称取0.005～0.007mol硝酸铋溶于3～5ml去离子水中，持续搅拌25～40min，搅拌期间加入6～8ml乙二醇，形成a液；
[0028]
步骤(2)，称取0.005～0.007mol九水偏硅酸钠于7～10ml去离子水中，持续搅拌25～40min，形成b液；
[0029]
步骤(3)，将b液缓慢滴加至a液中，搅拌20～30min后，形成白色乳液状bso前驱体。
[0030]
步骤(4)称取0.01～0.02mol葡萄糖和0.005～0.01mol精氨酸置于20～30ml去离子水中，室温充分搅拌30～40min后形成透明淡黄色溶液；
[0031]
步骤(5)，将透明淡黄色溶液装入30ml聚四氟乙烯反应釜中，将其置于电热鼓风干燥箱中，在160～200℃下反应2～3h后，随炉降至室温，溶液变为棕褐色；
[0032]
步骤(6)，将棕褐色液体在12000g的离心力下离心10～15min后装入分子量为
1000da的透析袋，将透析袋置于2000ml去离子水中透析22～26h，透析后的棕褐色液体即为葡萄糖与精氨酸混合液。
[0033]
步骤(7)，将硅酸铋前驱体转移至内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中(填充体积为80％)；量取2.5～15ml葡萄糖与精氨酸混合液加入到硅酸铋前驱体中，将反应釜密封，置于鼓风干燥箱内在160～200℃下恒温保持8～14h后，自然冷却至室温；所得产物依次用去离子水和乙醇交替洗涤2～3次，于60～80℃下干燥8～12h，即得到有机物修饰bso异质光催化材料。
[0034]
在本发明中，利用葡萄糖与精氨酸协同修饰bso异质光催化材料，能够有效抑制特定晶面的择优生长的过程，在调控其形貌的同时改变了降解过程中的活性物质，有效分散了其严重堆积的片层结构，加快了它的光生载流子分离效率，扩大了光吸收范围、增强了光催化活性、提升了对于有机污染物的光催化降解效率。
[0035]
如下是本发明的若干实施例。
[0036]
实施例1：
[0037]
一种有机物修饰bso异质光催化材料的制备方法，包括如下步骤：
[0038]
(1)称取0.006mol硝酸铋溶于4ml去离子水中，持续搅拌30min，搅拌期间加入7ml乙二醇，形成a液；
[0039]
(2)称取0.006mol九水偏硅酸钠于8ml去离子水中，持续搅拌30min，形成b液；
[0040]
(3)将b液缓慢滴加至a液中，搅拌20min后，形成白色乳液状硅酸铋前驱体。
[0041]
(4)称取0.017mol葡萄糖和0.009mol精氨酸置于25ml去离子水中，室温充分搅拌30min后形成透明淡黄色溶液；
[0042]
(5)将透明淡黄色溶液装入30ml聚四氟乙烯反应釜中，将其置于电热鼓风干燥箱中，在180℃下反应3h后，随炉降至室温，溶液变为棕褐色；
[0043]
(6)将棕褐色液体在12000g的离心力下离心10min后装入分子量为1000da的透析袋，将透析袋置于2000ml去离子水中透析24h，透析后的棕褐色液体即为葡萄糖与精氨酸混合液。
[0044]
(7)将硅酸铋前驱体转移至内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中(填充体积为80％)；量取5ml葡萄糖与精氨酸混合液加入到硅酸铋前驱体中，将反应釜密封，置于鼓风干燥箱内在180℃下恒温保持14h后，自然冷却至室温；所得产物依次用去离子水和乙醇交替洗涤3次，于60℃下干燥12h，即得到一种有机物修饰bso异质光催化材料。
[0045]
实施例2：
[0046]
一种有机物修饰bso异质光催化材料的制备方法，包括如下步骤：
[0047]
(1)称取0.007mol硝酸铋溶于5ml去离子水中，持续搅拌40min，搅拌期间加入8ml乙二醇，形成a液；
[0048]
(2)称取0.007mol九水偏硅酸钠于10ml去离子水中，持续搅拌40min，形成b液；
[0049]
(3)将b液缓慢滴加至a液中，搅拌30min后，形成白色乳液状硅酸铋前驱体。
[0050]
(4)称取0.02mol葡萄糖和0.01mol精氨酸置于30ml去离子水中，室温充分搅拌40min后形成透明淡黄色溶液；
[0051]
(5)将透明淡黄色溶液装入30ml聚四氟乙烯反应釜中，将其置于电热鼓风干燥箱中，在200℃下反应2h后，随炉降至室温，溶液变为棕褐色；
[0052]
(6)将棕褐色液体在12000g的离心力下离心15min后装入分子量为1000da的透析袋，将透析袋置于2000ml去离子水中透析25h，透析后的棕褐色液体即为葡萄糖与精氨酸混合液。
[0053]
(7)将硅酸铋前驱体转移至内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中(填充体积为80％)；量取2.5ml葡萄糖与精氨酸混合液加入到硅酸铋前驱体中，将反应釜密封，置于鼓风干燥箱内在180℃下恒温保持12h后，自然冷却至室温；所得产物依次用去离子水和乙醇交替洗涤3次，于80℃下干燥10h，即得到一种有机物修饰bso异质光催化材料。
[0054]
从图1可以看出，通过有机物修饰后产物形貌为小而薄的三维花状纳米片层结构，有效改善了其层层堆叠现象。从图2中可以看出，在模拟可见光照射150min后，样品对rh b的降解率达到了99％，其光催化性能明显提高。