一种具有三维花状微观结构的溴氧化铋粒子及其制备方法，属于可见光催化剂的技术领域。溴氧化铋为粉体，具有直径在1～5μm内的三维花状微观结构，比表面积为11.2～27.9m2/g。制备方法采用乙二醇和异丙醇的混合溶液作为溶剂，铋盐和十六烷基三甲基溴化铵分别作为铋源和溴源。将铋盐和十六烷基三甲基溴化铵按Bi/Br＝1∶1～1∶4的摩尔比溶解至乙二醇和异丙醇的混合溶液中，置于密闭反应釜中，放入120～160℃烘箱中反应6～24h。所得产物经洗涤，离心，干燥，在350～450℃马弗炉中焙烧4～6h，得到最终的粉体溴氧化铋。所得产物显示较高的光催化性能。该方法简便、周期短，原料易得，适合大量生产的要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于可见光催化剂的
，具体涉及到一种具有三维花状微观结构的溴氧化铋粒子及其制备方法，所得产物可用于在可见光下降解有机污染物。
技术介绍
二氧化钛(TiO2)以其优异的抗化学和光腐蚀性能、低廉的价格、无环境污染等优点成为过去几十年来最重要的光催化剂。但是由于二氧化钛(TiO2)禁带宽度较大(3. 2eV) 只可吸收紫外光，对太阳光的利用率很低，因而在实际应用中具有很大的局限性。目前，研究者普遍认为发展非二氧化钛(TiO2)的新型可见光催化剂是解决这一问题的重要途径，其可控的能带结构使其光响应范围较二氧化钛(TiO2)有了很大的提高。通过不同金属化合物及氧化物的筛选可设计匹配不同价带与导带的组合，以增加光响应范围。铋(Bi)系光催化剂由于其6s轨道能与氧的2p轨道杂化，故而能有效地提高价带顶的位置令其在可见光区有很好的响应，因此广泛引起了对其光化学性能的研究兴趣。钨酸铋(Small，2007，3， 1618-1625)、钼酸铋(J. Phys. Chem. B，2006，110，17790-17797)、钒酸铋(J. Am. Chem. Soc.， 1999，121，11459-11467)等都是这一类高效催化剂的代表。最近，除了作为离子导体，铁电材料，颜料等，铋系卤化物(BiOX)亦被证明具有光催化剂性能。在这些铋系卤化物化合物中，具有层状结构的溴氧化铋因其较宽的可见光吸收范围以及高化学稳定性而被广泛关注。目前已有不同方法合成溴氧化铋的研究报道，例如水解法制备层状结构(Crystal Growth & Design，2008，8，2995-3003)，反向微乳液法合成纳米粒子(Chem. Mater.， 2007，19，366-373.)以及乙二醇诱导自组装合成三维微球结构(Chem. Mater.，2008，20， 2937-2941)等。但是，目前所制备的溴氧化铋材料仍存在比表面积较低，容易聚集，微观结构可调节性有限、光催化活性有待提高等问题。本专利技术提出于双醇体系中以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)同时作为溴源和模板采用醇热法制备具有花状微观结构的溴氧化铋可见光催化剂的新颖方法，可以有效增加对光的利用效率从而提高光催化活性。所采用的醇热法由于较高的反应温度和压力可有效加快反应速度，实现在常规条件(如常温、常压)下不能进行的反应，同时反应条件易于控制有利于晶体的可控生长，可得到较小的均一晶粒尺寸。利用双醇体系中两种醇的极性和溶解性的不同，在反应过程中对于铋离子的释放速率不同，从而有效控制反应速率形成形貌可控的多级花状微观结构。调变醇热反应温度和反应时间，可以有效抑制粒子的团聚并且得到结构可控的催化剂材料，对于提高催化性能有着良好的效果。本专利技术首次在双醇体系中利用醇热法制备了具有三维花状微观结构的溴氧化铋可见光催化剂。该微观结构增加了催化剂对光的多次反射利用以及催化剂的比表面积，有助于提高降解速率。通过改变醇比例、醇热时间等工艺条件，调控醇热反应速率和微观形貌，得到了大比表面积、高结晶度、不易团聚、微观结构可控调节的高活性溴氧化铋可见光催化材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有三维花状微观结构的溴氧化铋粒子。本专利技术还提供了上述具有三维花状微观结构的溴氧化铋粒子的制备方法。本专利技术还提供了将上述具有三维花状微观结构的溴氧化铋粒子用于在可见光下降解有机污染物的应用。本专利技术所提供的一种具有三维花状微观结构的溴氧化铋粒子，具有三维花状微观结构，花状微观结构直径在1 5um ；比表面积为11. 2 27. 9m2/g。本专利技术的制备方法包括以下步骤(1)将铋盐加入到双醇体系构成的混合溶液中搅拌溶解，再加入十六烷基三甲基溴化铵搅拌至溶液澄清；铋元素与溴元素摩尔比为1 1 1 4，优选为1 2;所述的双醇体系构成的混合溶液由乙二醇和异丙醇组成；(2)将溶液倒入密闭的反应釜中，120 160°C下反应6 M小时；取沉淀粉末用洗涤干燥，在350 450°C下焙烧4 他，得到具有三维花状微观结构的溴氧化铋粒子。所述的铋盐优选为硝酸铋五水合物；所述双醇体系构成的混合溶液中，乙二醇体积比为5 % 100 %，异丙醇的体积比为0 95 %。这种具有三维花状微观结构的溴氧化铋粒子，具有光催化活性，可用作可见光催化剂，用于在可见光下降解有机污染物。本专利技术所提供的具有三维花状微观结构的溴氧化铋粒子，其光催化活性通过以下方法进行检测称取25. Omg制备所得的溴氧化铋催化剂与50mL(浓度20mg/L)罗丹明B溶液在石英反应器中混合，以300W氙灯作为可见光光源，用滤波片去除波长小于420nm的入射光，光源距液面18cm。反应温度保持为30°C，反应时间为50min。之后用紫外分光光度计 (UV-7504PC)在罗丹明B的特征吸收波长(553nm)处测定吸光度。根据吸光度与溶液浓度的线性关系计算剩余罗丹明B的浓度。当乙二醇的体积比为12.5%，异丙醇的体积比为 87. 5%，硝酸铋五水合物与十六烷基三甲基溴化铵的摩尔比为1 2，醇热温度为160°C，醇热时间为12h，焙烧温度为400°C，焙烧时间为4h，得到的溴氧化铋对罗丹明B的降解率高于 90 %，高于文献报道的溴氧化铋的光催化活性。该粒子比表面积大，结晶度高，粒径均勻，结构可控；可作为催化剂，光催化效率高，无环境污染。通过调变乙二醇与异丙醇的比例，花状微观结构直径在1 5um内，比表面积为11. 2 27. 9m2/g。该微观结构增加了催化剂对光的多次反射利用以及催化剂的比表面积，有助于提高降解速率。所制备的溴氧化铋作为光催化剂与之前文献报道的片层结构溴氧化铋(J. Hazard. Mater. 2009，167，803-809)相比具有更高的光催化活性。制备方法简便、周期短，所用原料简单易得，适合大批量生产的要求。附图说明图1为实施例1 6不同醇比例下制备的溴氧化铋的X射线衍射图谱(XRD)图谱， (a)实施例2，(b)实施例1 ； (c)实施例3 ； (d)实施例4 ； (e)实施例5 ； (f)实施例6。图2为实施例1 6不同醇比例下制备的溴氧化铋的场发射扫描电子显微镜 (FESEM)照片，(a)实施例2，(b)实施例1 ； (c)实施例3 ； (d)实施例4 ； (e)实施例5 ； (f)实施例6。图3为实施例1的氮气吸附等温线。图4为实施例1与P25 二氧化钛(TiO2)的紫外可见漫反射光谱(UV-visDRS)图■i並曰ο图5为实施例7 12乙二醇和异丙醇体积比为5 35条件下，不同醇热时间的溴氧化铋的场发射扫描电子显微镜照片，(a)实施例7，(b)实施例8 ； (c)实施例9 ； (d)实施例10 ； (e)实施例11 ； (f)实施例12。图6为实施例1 6与实施例13在水溶液而非醇溶液中制备的溴氧化铋粒子的光催化活性比较图。图7为实施例1制得的产品使用寿命性能图。 具体实施例方式下面通过具体实施例对本专利技术做进一步详细、清楚、完整地说明，所列实施例仅对本专利技术予以进一步的说明，并不因此限制本专利技术。实施例1将0. 12g硝酸铋五水合物(2. 47 X 1θΛιο1)加入5. OmL乙二醇和35. OmL异丙醇的混合溶液中本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种具有三维花状微观结构的溴氧化铋粒子，其特征在于，所述的花状微观结构直径在１～５ｕｍ，比表面积为１１．２～２７．９ｍ２／ｇ。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：霍宇凝，苗苗，张佳，金轶，李和兴，
申请(专利权)人：上海师范大学，
类型：发明
国别省市：31
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