鬼佬大哥大
  • / 9
  • 下載費用:30 金幣  

一種釹摻雜鐵酸鉍納米光催化劑及其制備方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510622192.4

申請日:

2015.09.21

公開號:

CN105170157A

公開日:

2015.12.23

當前法律狀態:

駁回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的駁回IPC(主分類):B01J 23/843申請公布日:20151223|||實質審查的生效IPC(主分類):B01J 23/843申請日:20150921|||公開
IPC分類號: B01J23/843; C02F1/30; C02F101/38(2006.01)N 主分類號: B01J23/843
申請人: 中國計量學院
發明人: 秦來順; 王森; 陳達; 黃岳祥; 魏欽華; 陳智
地址: 310018 浙江省杭州市江干區下沙高教園區學源街258號
優先權:
專利代理機構: 代理人:
PDF完整版下載: PDF下載
法律狀態
申請(專利)號:

CN201510622192.4

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.11.23|||2016.01.20|||2015.12.23

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的駁回|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供了一種可見光響應型釹摻雜鐵酸鉍納米光催化劑,其特點在于該光催化劑的化學式為Bi(1-x)NdxFeO3(0<x≤0.02),具有多孔納米結構,顆粒尺寸介于100~300nm范圍。同時,本發明還提供了該納米光催化劑的制備方法,其特點在于,將硝酸鐵、硝酸鉍和硝酸釹按比例溶于乙二醇形成溶液,加入一定量的酒石酸作為螯合劑,混合均勻,加熱形成溶膠后烘干,研磨后焙燒即可得到釹摻雜鐵酸鉍納米粉體。本發明得到的釹摻雜鐵酸鉍納米光催化劑具有良好的可見光響應和光催化性能,制備方法簡單,工藝條件易調控,成本低,無污染,易于工業生產和推廣應用。

權利要求書

權利要求書
1.  一種釹摻雜鐵酸鉍納米光催化劑,其特征在于該光催化劑的化學式為Bi(1-x)NdxFeO3,具有多孔納米結構。

2.  根據權利1所述的釹摻雜鐵酸鉍納米光催化劑,其特征在于:釹摻雜量介于0<x≤0.02。

3.  根據權利1所述的釹摻雜鐵酸鉍納米光催化劑,其特征在于:釹摻雜鐵酸鉍顆粒尺寸介于100~300nm范圍。

4.  一種釹摻雜鐵酸鉍納米光催化劑的制備方法,其特征在于包括如下步驟:
(1)硝酸鐵、硝酸鉍和硝酸釹按化學式Bi(1-x)NdxFeO3的計量比溶解在含有酒石酸作為螯合劑的乙二醇溶液中,混合攪拌均勻;
(2)將步驟(1)所得溶液加熱到70~90℃,最終得到溶膠;
(3)將步驟(2)所獲得溶膠加熱至100~120℃,得到干凝膠;
(4)將步驟(3)得到的干凝膠研磨后進行焙燒,得到釹摻雜鐵酸鉍納米光催化劑。

5.  根據權利要求4所述的釹摻雜鐵酸鉍納米光催化劑的制備方法,其特征在于:步驟(1)中酒石酸的濃度為0.1~0.3mol/L。

6.  根據權利要求4所述的釹摻雜鐵酸鉍納米光催化劑的制備方法,其特征在于:步驟(1)中溶液中陽離子的總摩爾濃度為0.1~0.2mol/L。

7.  根據權利要求4所述的釹摻雜鐵酸鉍納米光催化劑的制備方法,其特征在于:步驟(4)中的焙燒工藝為350℃下保溫8~10h后,升溫到550℃,保溫4~6h,自然冷卻。

說明書

說明書一種釹摻雜鐵酸鉍納米光催化劑及其制備方法
技術領域
本發明涉及光催化技術領域,具體涉及一種釹摻雜鐵酸鉍納米光催化劑及其制備方法。
背景技術
TiO2半導體光催化劑具有紫外光催化效率高、成本低、穩定性能好等優勢,可應用于分解水制氫,光催化分解有機污染物,如甲基橙、羅丹明B、甲基藍等,然而由于TiO2寬的禁帶寬度(3.2eV)導致了對太陽光中占大多數的可見光利用率非常低,因此尋找可見光響應型光催化劑顯得尤為重要。
鐵酸鉍(BiFeO3)是一種具有鈣鈦礦型結構的多鐵材料,室溫下同時具有鐵電和鐵磁性。鐵酸鉍由于具有較窄的禁帶寬度(2.2~2.8eV),能夠吸收占太陽光光譜48%的可見光,在光照條件下具有良好的化學穩定性和光催化活性,引起了人們對其光催化性能的研究興趣。盡管鐵酸鉍在光催化方面具有很大的潛力,但高的光生電子-空穴復合率,導致鐵酸鉍的光催化性能低。研究表明,通過摻雜能改變鐵酸鉍的電子結構或能帶結構,可以有效降低光生電子-空穴的復合,并改善其光譜響應,從而對其光催化性能進行改善;同時,催化劑的顆粒尺寸對其光催化性能也具有重要影響,納米尺寸的光催化劑能夠具有更大的比表面積,在光催化反應過程中能夠提供更多的表面活性位點。
因此,通過摻雜對鐵酸鉍電子結構或能帶結構進行調控,控制晶粒尺寸,是一種有效提高光催化活性的重要方法。
發明內容
本發明的目的是提供一種釹摻雜鐵酸鉍光催化劑及其制備方法。本發明通過釹元素摻雜的方式可以在一定程度上解決目前鐵酸鉍存在的光生電子-空穴復合率高、光量子效率低等問題,提高鐵酸鉍的可見光響應性和光催化活性;同時該復合光催化劑的制備方法簡單,工藝條件易調控,成本低,易于工業生產和推廣應用。
本發明的釹摻雜鐵酸鉍納米光催化劑,其化學式為Bi(1-x)NdxFeO3(0<x≤0.02),具有多孔結構,顆粒尺寸介于100~300nm范圍內。
本發明提供了一種釹摻雜鐵酸鉍納米光催化劑的制備方法,其特征在于,是通過以下技術方案實現的:
(1)硝酸鐵、硝酸鉍和硝酸釹按化學式Bi(1-x)NdxFeO3(0<x≤0.02)的計量比溶解在含有0.1~0.3mol/L酒石酸作為螯合劑的乙二醇溶液中,混合攪拌均勻,溶液中陽離子的總摩爾濃度為0.1~0.2mol/L;
(2)將步驟(1)所得混合溶液加熱到70~90℃,恒溫加熱1.5~2.5h得到溶膠;
(3)將步驟(2)中所獲得溶膠放置于100~120℃的烘箱中,保溫24h后得到干凝膠;
(4)將步驟(3)得到的干凝膠放入瑪瑙研缽中研磨,研磨后放入馬弗爐內焙燒,350℃下保溫8~10h,然后升溫到550℃,保溫4~6h后自然冷卻到室溫,獲得最終所需的釹摻雜鐵酸鉍納米光催化劑。
本發明釹摻雜鐵酸鉍光催化劑的光催化活性是通過可見光照下光催化降解有機染料的方式進行測定的,具體如下:
稱取0.1~0.5g的釹摻雜鐵酸鉍納米光催化劑加入到100~200ml甲基橙溶液中(初始濃度為10~20mg/L,標記為C0),在暗處磁力攪拌0.5~1h達到吸附平衡,打開功率為500W氙燈(模擬太陽能光譜,安裝有λ≥420nm的濾波片),光催化反應過程中保持磁力攪拌,且使用冷卻循環機使反應過程保持常溫,避免光照所產生的熱影響光催化反應,每30min取樣,取樣溶液經9000rpm/min高速離心20~30min后,在紫外-可見分光光度計上測試溶液濃度(標記為C),由此可以測試獲得不同光照時間下光催化劑對有機染料甲基橙溶液的光催化降解率為:(1-C/C0)×100%。
附圖說明
圖1(a)是實施例1所制備的釹摻雜鐵酸鉍和未摻雜鐵酸鉍的XRD譜圖,圖1(b)是衍射峰位于2θ=30°~35°的放大XRD譜圖;
圖2是實施例1所制備的Bi0.98Nd0.02FeO3和未摻雜鐵酸鉍(BiFeO3)的SEM圖;
圖3是實施例1所制備的釹摻雜鐵酸鉍和未摻雜鐵酸鉍的紫外-可見漫反射(DRS)光譜;
圖4是實施例1所制備的釹摻雜鐵酸鉍和未摻雜鐵酸鉍對甲基橙溶液的可見光降解圖。
具體實施方式
下面通過具體的實施例對本發明作進一步的詳細描述,以下實施例可以使本專業技術人員更全面的理解本發明,但不以任何方式限制本發明。
實施例1:
按化學式Bi0.99Nd0.01FeO3的計量比例稱取4.802g五水合硝酸鉍(Bi(NO3)3·5H2O)、0.043 g六水合硝酸釹(Nd(NO3)3·6H2O)、4.04g九水合硝酸鐵(Fe(NO3)3·9H2O),按化學式Bi0.98Nd0.02FeO3的計量比例稱取4.753g五水合硝酸鉍、0.087g六水合硝酸釹、4.04g九水合硝酸鐵和按化學式BiFeO3的計量比例稱取4.850g五水合硝酸鉍、4.04g六水合硝酸鐵分別溶解在130ml的0.2mol/L酒石酸的乙二醇溶液中,混合攪拌均勻,溶液中陽離子的總摩爾濃度為0.15mol/L;所得三種不同前驅體溶液分別加熱到80℃,保持加熱2h得到三種不同溶膠;所獲得三種溶膠分別放置于110℃的烘箱中,持續烘干得到三種不同的干凝膠;得到的三種干凝膠分別放入瑪瑙研缽中研磨,研磨粉體在馬弗爐內焙燒,350℃保溫9h,1.5h升溫到550℃,保溫5h后自然冷卻到室溫,分別得到Bi0.99Nd0.01FeO3、Bi0.98Nd0.02FeO3和未摻雜鐵酸鉍三種不同納米光催化劑。
分別稱取0.3g的上述制備的釹摻雜鐵酸鉍或未摻雜鐵酸鉍納米光催化劑加入到100ml濃度為10mg/L甲基橙的溶液中,在暗處磁力攪拌1h達到吸附平衡,在可見光條件下照射光催化反應過程中,且使用冷卻循環機使反應過程保持常溫,每30min取樣,取樣溶液使用9000rpm/min的離心機離心30min去除催化劑,除去催化劑的溶液濃度在紫外-可見分光光度計上進行分析,測試獲得不同光照時間下三種不同光催化劑對有機染料甲基橙溶液的光催化降解曲線。
圖1為實施例1所制備的釹摻雜鐵酸鉍和未摻雜鐵酸鉍的X射線衍射圖。從圖1(a)可以看出,以本發明方法制備獲得了釹摻雜鐵酸鉍及未摻雜鐵酸鉍,未觀察到其它雜相;從圖1(b)可以看出,以本發明方法制備的釹摻雜鐵酸鉍納米劑的衍射峰向大角度發生了偏移,是由于半徑小的Nd3+離子摻雜進入晶格占據Bi3+位置所致。
圖2是實施例1制備的Bi0.98Nd0.02FeO3和未摻雜鐵酸鉍的SEM圖,可以看出兩種樣品均具有多孔結構,顆粒尺寸均介于100~300nm范圍內,其中Bi0.98Nd0.02FeO3的顆粒尺寸介于100~150nm,未摻雜鐵酸鉍顆粒尺寸介于200~300nm,釹離子摻雜后有利于顆粒尺寸減小。
圖3為實施例1所制備的釹摻雜鐵酸鉍和未摻雜鐵酸鉍的紫外-可見漫反射(DRS)光譜,可以看出釹摻雜增大了鐵酸鉍的可見光響應,是該催化劑具有高的降解效率的其中原因之一,同時,圖3插圖中可以看出,相對于未摻雜鐵酸鉍而言,釹摻雜鐵酸鉍光催化劑的能帶寬度有所降低;
圖4為實施例1制備的釹摻雜鐵酸鉍和未摻雜鐵酸鉍作為光催化劑對甲基橙的可見光光催化降解效果,Bi0.99Nd0.01FeO3,Bi0.98Nd0.02FeO3和BiFeO3催化劑對甲基橙3h的降解率分別為74%,90%和59%,可以看出釹摻雜明顯增強了鐵酸鉍的可見光光催化降解效率,降解效果良好。
實施實例2:
按化學式Bi0.99Nd0.01FeO3的計量比例稱取4.802g五水合硝酸鉍(Bi(NO3)3·5H2O)、0.043g六水合硝酸釹(Nd(NO3)3·6H2O)、4.04g九水合硝酸鐵(Fe(NO3)3·9H2O),按化學式Bi0.98Nd0.02FeO3的計量比例稱取4.753g五水合硝酸鉍、0.087g六水合硝酸釹、4.04g九水合硝酸鐵和按化學式BiFeO3的計量比例稱取4.850g五水合硝酸鉍、4.04g六水合硝酸鐵分別溶解在200ml的0.1mol/L酒石酸的乙二醇溶液中,混合攪拌均勻,溶液中陽離子的總摩爾濃度為0.1mol/L;所得三種不同前驅體溶液分別加熱到70℃,保持加熱1.5h得到三種不同溶膠;所獲得三種溶膠分別放置于100℃的烘箱中,持續烘干得到三種不同干凝膠;得到的三種干凝膠分別放入瑪瑙研缽中研磨,研磨粉體在馬弗爐內焙燒,350℃保溫8h,1h升溫到550℃,保溫4h后自然冷卻到室溫,分別得到Bi0.99Nd0.01FeO3、Bi0.98Nd0.02FeO3和未摻雜鐵酸鉍的三種不同納米光催化劑。
在相同光催化降解條件下,光催化具體實施過程如同實施例1,本實施例中Bi0.99Nd0.01FeO3,Bi0.98Nd0.02FeO3和未摻雜BFO催化劑在可見光條件下對甲基橙3h的降解率分別為69%,89%,48%,同樣說明釹摻雜鐵酸鉍光催化活性要明顯好于未摻雜鐵酸納米光催化劑。
實施實例3:
按化學式Bi0.99Nd0.01FeO3的計量比例稱取4.802g五水合硝酸鉍(Bi(NO3)3·5H2O)、0.043g六水合硝酸釹(Nd(NO3)3·6H2O)、4.04g九水合硝酸鐵(Fe(NO3)3·9H2O),按化學式Bi0.98Nd0.02FeO3的計量比例稱取4.753g五水硝酸鉍、0.087g六水硝酸釹、4.04g九水硝酸鐵和按化學式BiFeO3的計量比例稱取4.850g五水硝酸鉍、4.04g六水硝酸鐵分別溶解在100ml的0.3mol/L酒石酸的乙二醇溶液中,混合攪拌均勻,溶液中陽離子的總摩爾濃度為0.2mol/L;所得三種不同前驅體溶液分別加熱到90℃,保持加熱2.5h得到三種不同溶膠;所獲得三種溶膠分別放置于120℃的烘箱中,持續烘干得到三種不同干凝膠;得到的三種干凝膠分別放入瑪瑙研缽中研磨,研磨粉體在馬弗爐內焙燒,350℃保溫10h,2h升溫到550℃,保溫6h后自然冷卻到室溫,分別得到Bi0.99Nd0.01FeO3、Bi0.98Nd0.02FeO3和未摻雜鐵酸鉍的三種不同納米光催化劑。
在相同光催化降解條件下,光催化具體實施過程如同實施例1,本實施例中Bi0.99Nd0.01FeO3,Bi0.98Nd0.02FeO3和未摻雜BFO催化劑在可見光條件下對甲基橙3h的降解率分別為72%,86%,50%,也說明釹摻雜鐵酸鉍光催化活性要明顯好于未摻雜鐵酸納米光催化劑。

關 鍵 詞:
一種 摻雜 鐵酸鉍 納米 光催化劑 及其 制備 方法
  專利查詢網所有資源均是用戶自行上傳分享,僅供網友學習交流,未經上傳用戶書面授權,請勿作他用。
關于本文
本文標題:一種釹摻雜鐵酸鉍納米光催化劑及其制備方法.pdf
鏈接地址:http://www.wwszu.club/p-6405776.html
關于我們 - 網站聲明 - 網站地圖 - 資源地圖 - 友情鏈接 - 網站客服客服 - 聯系我們

[email protected] 2017-2018 zhuanlichaxun.net網站版權所有
經營許可證編號:粵ICP備17046363號-1 
 


收起
展開
鬼佬大哥大