一种高暴露{001}晶面钛铌酸铋纳米片压电催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高暴露{001}晶面钛铌酸铋纳米片压电催化剂及其制备方法和应用，以Bi2O3、TiO2、Nb2O5为原料，以NaCl、KCl为熔盐混合后进行球磨，将球磨后所得的粉体干燥后通过熔盐反应，得到的产物经洗涤干燥后得到高暴露{001}晶面钛铌酸铋纳米片压电催化剂Bi3TiNbO9，并成功应用于压电催化降解罗丹明B。本发明专利技术制备得到纯度高、结晶性好、高暴露{001}晶面纳米片，高活性暴露面有利于提高光生电荷的传输与分离，提高Bi3TiNbO9的压电催化性能，且制备工艺简单。且制备工艺简单。且制备工艺简单。

【技术实现步骤摘要】
一种高暴露{001}晶面钛铌酸铋纳米片压电催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及催化材料
，具体涉及一种高暴露{001}晶面钛铌酸铋纳米片压电催化剂及其制备方法和压电催化降解有机染料罗丹明B中的应用。

技术介绍

[0002]随着现代工业的飞速发展，工业废水排放对水体的污染问题正日趋严重，尤其是我国的工业废水排放行业集中，且均属于水污染较重的行业，造纸、冶金、皮革、制药、纺织等行业废水中均含有多种成分水污染物。其中，有色染料占比较大，而罗丹明B是一种应用广泛的有机染料，对其进行有效处理和降解仍是有待解决的问题之一。
[0003]目前对有机染料的处理技术主要物理吸附、化学氧化、生物分级等。与现有技术相比较，压电催化技术能够利用压电材料在声波的驱动下生成电子和空穴以及活性自由基，有效完成水裂解和有机物降解等，具有操作条件温和、无毒、无害、经济、高效、不易造成无二次污染等优点。这种技术能够充分利用自然界中广泛存在的机械振动例如声音、水波等，实现能源的转化。同时压电催化技术克服了光催化技术容易受到太阳光的照射受天气和白昼限制等缺点，有望成为未来实现有机染料的高效绿色降解的新技术。
[0004]与目前已报到的ZnO、BaTiO3等压电催化材料相比，钛铌酸铋(Bi3TiNbO9)属于奥里维斯系中一种铋层状铁电材料，其典型的铋层状结构及铁电内建电场被证明能够有效驱动催化反应的进行。此外，由于具有其疲劳特性好，漏电流小，居里温度较高、低介电常数、高电阻率、低烧结温度等性能，Bi3TiNbO9也常被用作高温压电材料。综合考虑以上两点，Bi3TiNbO9有望在压电催化领域展现极强的应用前景。
[0005]目前，研究者已经通过固相反应法、溶胶凝胶法等方法制备出不同形貌、不同颗粒大小的Bi3TiNbO9样品。有研究表明对于典型的铋层状结构，其{001}晶面为活性面，因此获得高暴露{001}晶面的Bi3TiNbO9纳米片是进一步提高催化效率的有效途径。目前制备暴露特定晶面的Bi3TiNbO9纳米片所采用的两步熔盐法，需要使用硝酸、浓氨水等危险药品制备前驱体，制备过程存在危险因素，并且步骤繁琐，不适宜大规模生产。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种高暴露{001}晶面钛铌酸铋纳米片压电催化剂及其制备方法和应用。本专利技术制备得到纯度高、结晶性好、高暴露{001}晶面纳米片，高活性暴露面有利于提高光生电荷的传输与分离，从而提高Bi3TiNbO9的压电催化性能，并成功应用于降解有机染料罗丹明B，且制备工艺简单。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种高暴露{001}晶面钛铌酸铋纳米片压电催化剂的制备方法，以Bi2O3、TiO2、Nb2O5为原料，以NaCl、KCl为熔盐混合后进行球磨，将球磨后所得的粉体干燥后通过熔盐反应，得到的产物经洗涤干燥后得到高暴露{001}晶面钛铌酸铋纳米片压电催化剂Bi3TiNbO9。
[0009]进一步地，所述熔盐反应的温度为750～850℃，时间为1～4h。
[0010]进一步地，熔盐反应升温过程中控制升温速度为5℃/min，降温过程中，以5℃/min的速度降温至500℃后随炉降温到室温。
[0011]进一步地，所述Bi2O3、TiO2以及Nb2O5之间的摩尔比为3：2：1。
[0012]进一步地，所述NaCl、KCl以及Bi3TiNbO9之间摩尔比为50：50：1。
[0013]进一步地，所述球磨具体为：将Bi2O3、TiO2、Nb2O5、NaCl及KCl放入球磨罐，之后往球磨罐中加入球石和无水乙醇，球磨4h。
[0014]进一步地，所述洗涤具体为：使用去离子水在500rpm的磁力搅拌条件下洗涤若干次。
[0015]进一步地，产物经洗涤后干燥温度为60℃，时间为12h。
[0016]一种高暴露{001}晶面钛铌酸铋纳米片压电催化剂，采用上述的制备方法制得。
[0017]一种高暴露{001}晶面钛铌酸铋纳米片压电催化剂在降解有机染料罗丹明B上的应用，在超声波驱动下，将高暴露{001}晶面钛铌酸铋纳米片压电催化剂加入有机染料罗丹明B中，使高暴露{001}晶面钛铌酸铋纳米片压电催化剂的浓度为1mg/1ml，超声波的频率为40kHz。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0019]现有技术中采用的两步熔盐法中需要预先使用硝酸、浓氨水等危险药品将氧化铌和硝酸铋等原料溶解以制备前驱体，本专利技术采用一步熔盐法，直接采用二氧化钛、氧化铋、氧化铌作为钛源、铋源和铌源，通过调控熔盐反应温度、时间以及原料与熔盐的摩尔比等实现高纯度、高暴露{001}晶面的钛铌酸铋纳米片的制备；避免了现有技术中硝酸、浓氨水等危险药品的使用，同时采用成本更低的二氧化钛和氧化铋来代替钛酸四丁酯和硝酸铋，能够节约成本并且制备工艺简单，产量高有利于大规模生产。此外，熔盐法可以有效地控制晶粒尺寸和形状，熔盐介质流动性好，可提供特定取向纳米材料生长所需的液态环境，可以得到纯度高、结晶性好的具有高暴露{001}晶面的钛铌酸铋纳米片压电催化剂，该纳米片具有较高的光生电子的传输与分离效率和压电性能，在超声作用下，能够有效生成电子、空穴以及活性自由基，有效降解有机污染物。
附图说明
[0020]说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0021]图1是不同熔盐反应温度所制备得到的Bi3TiNbO9粉体的XRD图谱；
[0022]图2是不同熔盐反应温度，反应时间为2h时所制备得到的Bi3TiNbO9粉体SEM(扫描电子显微镜)照片，a：750℃(5000倍)；b：750℃(10000倍)；c：800℃(6000倍)；d：750℃(10000倍)；e：850℃(5000倍)；f：850℃(10000倍)；
[0023]图3是不同熔盐反应时间所制备得到的Bi3TiNbO9粉体的XRD图谱；
[0024]图4是熔盐反应时间为800℃时，不同熔盐反应时间所制备得到的Bi3TiNbO9粉体SEM照片，a：1h
×
5000倍；b：1h
×
10000倍；c：2h
×
6000倍；d：2h
×
10000倍；e：3h
×
6000倍；f：3h
×
10000倍；g：4h
×
5000倍；h：4h
×
10000；
[0025]图5是在熔盐反应温度为800℃，反应时间为2h制备的Bi3TiNbO9粉体的HRTEM照片；
[0026]图6是熔盐反应温度为800℃，反应时间为2h制备的Bi3TiNbO9粉体在超声作用下降解罗丹明B的曲线。
具体实施方式
[0027]下面对本专利技术做详细介绍：
[0028]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高暴露{001}晶面钛铌酸铋纳米片压电催化剂的制备方法，其特征在于，以Bi2O3、TiO2、Nb2O5为原料，以NaCl、KCl为熔盐混合后进行球磨，将球磨后所得的粉体干燥后通过熔盐反应，得到的产物经洗涤干燥后得到高暴露{001}晶面钛铌酸铋纳米片压电催化剂Bi3TiNbO9。2.根据权利要求1所述的一种高暴露{001}晶面钛铌酸铋纳米片压电催化剂的制备方法，其特征在于，所述熔盐反应的温度为750～850℃，时间为1～4h。3.根据权利要求2所述的一种高暴露{001}晶面钛铌酸铋纳米片压电催化剂的制备方法，其特征在于，熔盐反应升温过程中控制升温速度为5℃/min，降温过程中，以5℃/min的速度降温至500℃后随炉降温到室温。4.根据权利要求1所述的一种高暴露{001}晶面钛铌酸铋纳米片压电催化剂的制备方法，其特征在于，所述Bi2O3、TiO2以及Nb2O5之间的摩尔比为3：2：1。5.根据权利要求1所述的一种高暴露{001}晶面钛铌酸铋纳米片压电催化剂的制备方法，其特征在于，所述NaCl、KCl以及Bi3TiNbO9之间摩尔比为50：50：1。...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔永飞，张黄涵，王锋辉，郭鹏，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：