一种钇掺杂锡酸铋纳米晶的制备方法及其用途技术

本发明专利技术提供了一种钇掺杂锡酸铋纳米晶的制备方法及其用途，该半导体材料可用于可见光降解有机污染物，尤其可用于可见光降解四环素。本发明专利技术首先用硝酸铋和硝酸钇混合于稀硝酸中搅拌均匀后，加入锡酸钠溶液，超声至乳白色混合液，再用NaOH溶液调节pH，最后水热法一步制得钇掺杂锡酸铋纳米晶。该材料具有性质稳定，无毒等优点，且原料价廉易得，成本低，符合环境友好要求，反应时间较短，从而减少了能耗和反应成本，便于批量生产；钇掺杂锡酸铋纳米晶光催化剂具有较强的光催化降解能力，用于对四环素的光催化降解时，可达到80.0%的降解效果，因此具有很高的实际应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无机纳米半导体材料合成
，具体指一种钇掺杂锡酸铋纳米晶的制备方法及其用途，该半导体材料可用于可见光降解有机污染物，尤其可用于可见光降解四环素。
技术介绍
随着抗生素频繁使用在医药业，畜牧养殖业，造成越来越多的水质问题。四环素作为抗生素的一种，普遍使用在医疗中，对环境造成的危害越来越严重。传统的物理吸附无法有效处理这类抗生素，而化学沉积法会造成二次污染。半导体催化剂是一种绿色环保无污染的新型材料，但大多数普通的半导体催化剂仅对紫外光有响应。由于紫外光只占太阳光的4%不到，对光的利用性低，因此寻找有效的可见光半导体是十分必要的。锡酸铋是一种钙钛矿型的可见光半导体催化剂，禁带宽度为2.84eV。传统的合成方法是使用高温高压的方法制备β-Bi2Sn2O7，但是它制备的成本太高，近年来水热法作为一种工艺简单，绿色环保无污染的合成方法得到广泛的关注。掺杂是以一种简单快捷的方式进一步提高锡酸铋的结构、尺寸和光催化性能。钇作为稀土元素的一种，拥有更多的能级与4f轨道来形成电子组态提高特定的光催化性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种工艺简单，绿色环保的水热法制备钇掺杂锡酸铋纳米晶的方法，产物可用于可见光降解抗生素。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种钇掺杂锡酸铋纳米晶的方法，包括如下步骤：步骤1、将硝酸铋和硝酸钇溶于稀硝酸中，制成混合溶液A；步骤2、将锡酸钠溶于蒸馏水中，得到锡酸钠的水溶液；将所述锡酸钠的水溶液转入步骤1中的混合溶液A中，得到混合溶液B；步骤3、将步骤2中的混合溶液B超声至乳白色混合液，用碱性溶液调节乳白色混合液的pH至10~14；步骤4、将步骤3中的乳白色混合液转移至聚四氟乙烯内衬的反应釜中进行恒温热反应，得到固体产物；步骤5、将步骤4中得到的固体产物离心、洗涤、干燥，得到钇掺杂锡酸铋纳米晶。上述步骤1中，混合溶液A所含硝酸铋、硝酸钇和稀硝酸的用量比为3.6~4.0mmol:0.02~0.18mmol:10mL，稀硝酸浓度为1M。上述方案中，所述硝酸铋和硝酸钇的用量比为3.8mmol:0.1mmol。上述步骤2中，所述蒸馏水体积与所述稀硝酸体积相同，混合溶液B中锡酸钠的用量与所述硝酸铋的用量相同。上述步骤3中，所述碱性溶液为NaOH溶液或KOH溶液。上述步骤4中，所述恒温热反应的温度为180℃~260℃，恒温热反应的时间为12~48h。上述步骤5中，所述洗涤方式为用水和乙醇交替洗涤，干燥方式为60℃下真空干燥12~24h。所述钇掺杂锡酸铋纳米晶用于光催化降解四环素。钇掺杂锡酸铋纳米晶在可见光照射下对四环素的降解操作步骤如下：在GHX-2型光化学反应仪（购自扬州大学科技城科技有限公司）中进行，将浓度为10mg/L四环素100mL加入光催化仪器反应器中，然后加入水热合成的钇掺杂锡酸铋(Bi2Sn2O7)光催化剂0.05g，在暗室使用磁力搅拌器反应30分钟，达到吸附解吸平衡后开始取样，然后开启曝气装置并开装上滤光片的150W氙灯光源，曝气通入空气目的是保持催化剂处于悬浮或飘浮状态，氙灯光照过程中每间隔15min取样，离心分离后取上层清液在四环素最大吸收波长λmax=357nm处，使用TU-1800紫外可见分光光度计处测定样品吸光度，并通过公式：DC=[(C0-Ci)/A0]×100%算出光降解率，其中C0为达到吸附平衡时四环素溶液的吸光度，Ci为定时取样测定的四环素溶液的吸光度。本专利技术使用蒸馏水为溶剂，采用水热合成法制备钇掺杂锡酸铋纳米晶，首先用硝酸铋（Bi(NO3)3?5H2O）和硝酸钇（Y(NO3)3·6H2O）混合于稀硝酸中搅拌均匀后，加入锡酸钠（Na2SnO6?4H2O）溶液，再用NaOH溶液调节pH，生成钇铋的络合物，钇可以进入铋的晶格中，最后水热制得钇掺杂锡酸铋纳米晶。本专利技术所使用的硝酸钇，硝酸铋，锡酸钠均为分析纯。本专利技术中加入氢氧化钠作为OH-的提供者，该方法的优势是利用氢氧化钠调节pH使得生成钇铋的络合物，钇可以进入铋的晶格中，本专利技术的另一个目的，是提供所制备的钇掺杂锡酸铋纳米晶对四环素的可见光催化剂降解应用。本专利技术的有益效果为：（1）本专利技术利用简单的水热合成方法合成钇掺杂锡酸铋（Bi2Sn2O7）纳米晶催化剂，作为一种新型光催化材料，该材料具有性质稳定、无毒等优点。（2）所使用的锡源为锡酸钠，调节pH的原料为NaOH，采用上述原料具有的优势是不会引入过多的杂质，方便所制备样品的洗涤以及提高所制备的样品的纯度。（3）本专利技术工艺简单，重现性好，且所用原材料均为无机化合物，价廉易得，成本低，符合环境友好要求，反应时间较短，从而减少了能耗和反应成本，便于批量生产。（4）钇掺杂锡酸铋纳米晶光催化剂具有较强的光催化降解能力，用于对四环素的光催化降解时，90min内可达到80.0%的降解效果，因此具有很高的实际应用价值。附图说明图1为本专利技术实施例1-5所制备样品的X射线衍射分析图谱；a为实施例1所制备样品的X射线衍射分析图谱，b为实施例2所制备样品的X射线衍射分析图谱，c为实施例3所制备样品的X射线衍射分析图谱，d为实施例4所制备样品的X射线衍射分析图谱；e为实施例5所制备样品的X射线衍射分析图谱；图2为本专利技术实施例4所制备样品的透射电镜图；图3为本专利技术实施例1-6和实施例12所制备样品在室温下对四环素的光降解效果图；a为实施例12所制备样品在室温下对四环素的光降解曲线，b为实施例1所制备样品在室温下对四环素的光降解曲线，c为实施例2所制备样品在室温下对四环素的光降解曲线，d为实施例3所制备样品在室温下对四环素的光降解曲线，e为实施例5所制备样品在室温下对四环素的光降解曲线，f为实施例4所制备样品在室温下对四环素的光降解曲线，g为实施例6所制备样品在室温下对四环素的光降解曲线。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的描述：实施例1称取1.94028g硝酸铋（Bi(NO3)3?5H2O）溶于10mL 1M稀硝酸中，得到混合溶液A；将1.13896g锡酸钠（Na2SnO6?4H2O）溶于10ml二次蒸馏水中，制得锡酸钠的水溶液，将锡酸钠的水溶液转入混合溶液A中，得到混合溶液B，用NaOH溶液调节至pH=12。将pH=12的混合溶液B转入50mL聚四氟乙烯内衬的反应釜中，180℃下进行恒温24h。将产物用水和乙醇交替离心、洗涤，60℃下真空干燥12h，得到锡酸铋纳米晶。取0.05g本实施例制备的锡酸铋纳米晶加入到100mL含有10mg/L四环素水溶液的光催化反应器中，室温下避光搅拌30分钟达到吸附解吸平衡；打开氙灯并曝气，每15分钟取样一次，每次取10ml，离心分离后取清液用紫外分光光度法测定吸光度，90min后降解率为10.0%。实施例2称取1.92087g硝酸铋（Bi(NO3)3?5H2O）和0.00766g硝酸钇（Y(NO3)3·6H2O）溶于10m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钇掺杂锡酸铋纳米晶的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、将硝酸铋和硝酸钇溶于稀硝酸中，制成混合溶液A；步骤2、将锡酸钠溶于蒸馏水中，得到锡酸钠的水溶液；将所述锡酸钠的水溶液转入步骤1中的混合溶液A中，得到混合溶液B；步骤3、将步骤2中的混合溶液B超声至乳白色混合液，用碱性溶液调节乳白色混合液的pH至10~14；步骤4、将步骤3中的乳白色混合液转移至聚四氟乙烯内衬的反应釜中进行恒温热反应，得到固体产物；步骤5、将步骤4中得到的固体产物离心、洗涤、干燥，得到钇掺杂锡酸铋纳米晶。

【技术特征摘要】
1.一种钇掺杂锡酸铋纳米晶的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、将硝酸铋和硝酸钇溶于稀硝酸中，制成混合溶液A；
步骤2、将锡酸钠溶于蒸馏水中，得到锡酸钠的水溶液；将所述锡酸钠的水溶液转入步骤1中的混合溶液A中，得到混合溶液B；
步骤3、将步骤2中的混合溶液B超声至乳白色混合液，用碱性溶液调节乳白色混合液的pH至10~14；
步骤4、将步骤3中的乳白色混合液转移至聚四氟乙烯内衬的反应釜中进行恒温热反应，得到固体产物；
步骤5、将步骤4中得到的固体产物离心、洗涤、干燥，得到钇掺杂锡酸铋纳米晶。
2.根据权利要求1所述的一种钇掺杂锡酸铋纳米晶的方法，其特征在于，步骤1中，混合溶液A所含硝酸铋、硝酸钇和稀硝酸的用量比为3.6~4.0mmol:0.02~0.18mmol:10mL，稀硝酸浓度为1M。
3.根据权利要求2所述的一种钇掺杂锡酸铋纳米晶的方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：施伟东，吴苗苗，王超，陈超，沈洪强，余小强，陈继斌，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32