一种光催化三氧化二铁/氯氧化铋复合材料的制备方法.pdf

一种光催化三氧化二铁/氯氧化铋复合材料的制备方法，属于光催化技术领域，先将六水合三氯化铁和五水合硝酸铋溶于溶剂，形成混合溶液；再将混合溶液转至高压反应釜中水热反应，将水热反应的产物倒出，离心，取固相洗涤，于60℃温度下烘干，得到光催化复合材料三氧化二铁/氯氧化铋。本发明只需要一步水热反应即可制得，安全无污染，适于工业化生产。制备成的复合材料三氧化二铁/氯氧化铋结构新颖，呈圆形花瓣片状，尺寸在1～2μm之间，光催化活性高。

权利要求书
1.  一种光催化三氧化二铁/氯氧化铋复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）将六水合三氯化铁和五水合硝酸铋溶于溶剂，形成混合溶液；
2）将混合溶液转至高压反应釜中水热反应；
3）将水热反应的产物倒出，离心，取固相洗涤，于60℃温度下烘干，得到光催化复合材料三氧化二铁/氯氧化铋。

2.  根据权利要求1所述制备方法，其特征在于所述六水合三氯化铁与五水合硝酸铋的混合摩尔比为0.5～2:10。

3.  根据权利要求1所述制备方法，其特征在于在所述步骤1）中，于室温下，经搅拌30min～60min将六水合三氯化铁和五水合硝酸铋溶于溶剂。

4.  根据权利要求1或2或3所述制备方法，其特征在于步骤1）中所述溶剂为正丙醇。

5.  根据权利要求1所述制备方法，其特征在于步骤2）中所述水热反应的环境温度为160～200℃，反应时间为12～24h。

6.  根据权利要求5所述制备方法，其特征在于步骤2）中所述水热反应的环境温度为200℃，反应时间为24h。

说明书一种光催化三氧化二铁/氯氧化铋复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于光催化技术领域，具体涉及作为光催化剂复合材料三氧化二铁/氯氧化铋的制备方法。
背景技术
环境污染是影响当今人类生存与发展的焦点问题之一。光催化技术具有催化活性高、稳定性好、环境友好等特点，在环境污染治理方面有着广大的应用前景。它相比于其他技术，优势在于反应条件温和，光催化降解反应一般在常温常压下进行，而且能彻底分解空气中或是水溶液中的有机物污染物，使其矿化为二氧化碳和水。
二氧化钛是目前应用最为广泛的光催化剂，但是由于其较窄的光响应范围和较低的量子效率，导致它在工业上的广泛推广受到了制约。2006年， Zhang等首次报道BiOCl 三次循环降解甲基橙(MO)染料后仍显示出优于商品化Ti02(P25, Degussa)的光催化性能， 随后，An等和Zhang等]进-步报道了BiOCl 在紫外-可见(UV-Vis)光照射下良好的光催化降解罗丹明B (RhB)和MO染料的性能。BiOCI 具有高度各向异性的层状结构和高效、稳定、无毒等特点已被广泛应用于光催化剂。BiOCl是一种新型高效的具有竞争力和应用前景的光催化材料。
光催化剂的催化性能很大程度取决于它的物理性质，比如粒径大小、形貌、晶相和结晶度等。光催化剂的粒子半径越小，其比表面积就越大，从而反应面积就越大，反应速率和效率就越高；光催化剂的粒子半径越小，电子和空穴的复合几率就越小，光催化活性就会越高。光催化剂的晶型不同，其催化活性也有可能不相同；晶面不同会导致催化原子的暴露面不同，从而导致其催化性能的差异；结晶度越高，其体相缺陷就越少，电子与空穴复合的几率就越小，光催化活性就越高。因此，研究三氧化二铁/氯氧化铋的合成方法对晶体形貌、尺寸的影响有着重要的应用意义。
发明内容
本发明目的是提供一种稳定性好、催化活性高、操作简便的三氧化二铁/氯氧化铋光催化剂复合材料的制备方法。
本发明包括以下步骤：
1）将六水合三氯化铁和五水合硝酸铋溶于溶剂，形成混合溶液；
2）将混合溶液转至高压反应釜中水热反应；
3）将水热反应的产物倒出，离心，取固相洗涤，于60℃温度下烘干，得到光催化复合材料三氧化二铁/氯氧化铋。
本发明工艺的优点是：制备方法简单，操作简便，只需要一步水热反应即可制得，安全无污染，适于工业化生产。制备成的复合材料三氧化二铁/氯氧化铋结构新颖，呈圆形花瓣片状，尺寸在1～2μm之间，光催化活性高。
另外，本发明所述六水合三氯化铁与五水合硝酸铋的混合摩尔比为0.5～2:10。在该比例下其光催化性能显示较好。
步骤1）中，于室温下，经搅拌30min～60min将六水合三氯化铁和五水合硝酸铋溶于溶剂，可以保证溶液完全溶解、混合均匀。
所述水热反应的环境温度为160～200℃，反应时间为12～24h。在此条件下反应物能够充分反应获得性能比较稳定的三氧化二铁/氯氧化铋。
优选的水热反应的环境温度为200℃，反应时间为24h。
附图说明
图1为本发明制成的光催化复合材料三氧化二铁/氯氧化铋的场发射透射电镜TEM图。
图2为图1的放大图。
图3为本发明制成的复合材料三氧化二铁/氯氧化铋的场发射扫描电镜图（SEM）。
图4为本发明制成的复合材料三氧化二铁/氯氧化铋的X射线衍射XRD图。
图5为本发明制成的复合材料三氧化二铁/氯氧化铋与纯的氯氧化铋作为光催化剂降解罗丹明B的实验效果对比图。
具体实施方式
一、三氧化二铁负载氯氧化铋光催化剂的制备：
1、取适量的六水合三氯化铁和五水合硝酸铋与40mL溶剂正丙醇混合，室温下磁力搅拌30min，得到黄色均一的悬浊液。
其中，六水合三氯化铁与五水合硝酸铋的混合摩尔比取0.5～2:10。
2、将上述搅拌均匀的黄色混合溶液转移至50mL聚四氟乙烯内胆的高压反应釜，置于200℃的温度环境下反应24h。
3、取出水热反应产物，离心，将固相先后用水和乙醇各洗3次，再放于60℃的烘箱中干燥，得到光催化复合材料三氧化二铁/氯氧化铋。
二、产物特性：
图1和图2展示了本发明制备的三氧化二铁/氯氧化铋的场发射透射电镜图（TEM），从图中可以看出三氧化二铁/氯氧化铋呈球形，尺寸在1～2μm之间。
图3 展示了本发明制备的复合材料三氧化二铁/氯氧化铋的场发射扫描电镜图（SEM）, 从图中可以看出复合材料三氧化二铁/氯氧化铋呈球形，由花瓣状薄片组成。
图4展示了本发明制备的复合材料三氧化二铁负载氯氧化铋的X射线衍射图（XRD），通过对比XRD标准卡片PDF#33-0831，此产物XRD图谱与标准谱一致。说明此材料为三氧化二铁/氯氧化铋，在24.3°处的衍射峰属于氯氧化铋002面和三氧化二铁的012面，在26.1°的衍射峰则属于氯氧化铋的101面，在32.7°的衍射峰则属于氯氧化铋的110面，在33.6°的最明显的衍射峰则属于氯氧化铋的102面。在41.1°的衍射峰则属于氯氧化铋的113面和三氧化二铁的113面，在46.8°的衍射峰则属于氯氧化铋的200面，在54.3°的衍射峰则属于氯氧化铋的211面和三氧化二铁的116面，在,58.8°的衍射峰则属于氯氧化铋的212面。
三、应用——三氧化二铁/氯氧化铋催化降解罗丹明B：
以罗丹明B水溶液为模拟污染物进行光催化活性评价，将0.05g催化剂加到装有200mL罗丹明B溶液(1×10-5mol/L)的玻璃反应器中暗态吸附60min使催化剂表面达到吸附-脱附平衡，以氙灯为光源250W，使用滤光片保证入射光为可见光，通冷凝水保持反应温度恒定为20℃，反应开始后，间隔一定时间取样，样品经10000r/min高速离心2min，采用分光光度计测定波长554nm处罗丹明B的吸光度来检测罗丹明B的浓度变化。
图5中，纵坐标为经过可见光（＞420nm）照射后测量的罗丹明B溶液的浓度，横坐标为罗丹明B溶液光照的时间。其中，曲线A为三氧化二铁/氯氧化铋作为光催化剂时的罗丹明B溶液的降解情况，曲线B为氯氧化铋作为光催化剂时的罗丹明B溶液光降解情况。
由图5可见：本发明制备的三氧化二铁/氯氧化铋的光催化活性（曲线A）要比纯的氯氧化铋的光催化活性（曲线B）高的多。采用三氧化二铁/氯氧化铋做催化剂，罗丹明B溶液在120min基本完全降解，而采用纯的氯氧化铋作催化剂在此时间范围内仅降解了40%。因此，三氧化二铁/氯氧化铋相比于纯的氯氧化铋其光催化活性有了明显的提高。