一种宽光谱响应光催化剂Bi12MnO20及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种宽光谱响应光催化剂Bi12MnO20及其制备方法和应用，其制备方法，包括：将铋源和锰源按比例混合后，依次经机械球磨和500‑700℃高温热解后制得；所制备的Bi12MnO20的晶体结构属立方晶系，空间群为I 23，晶胞参数为α＝β＝γ＝90°。本发明所提供的机械球磨‑高温热解的工艺路线，与传统水热法和溶胶凝胶法相比，具有条件温和、流程简短、清洁环保和可规模化生产等优点；本发明所制备得到的宽光谱响应光催化剂Bi12MnO20的纯度高，形貌均匀，具有全光谱响应能力，对模拟污染物MG表现出较强的光催化降解能力，重复利用性和稳定性良好。

说明书

技术领域

本发明涉及光催化材料技术领域，更具体地，涉及一种宽光谱响应光催化剂Bi

背景技术

随着科学技术的快速发展，环境污染问题被视为人类社会发展的致命弱点；其中，水污染尤其是水中有机污染物因为不水解和难降解的特性，给环境治理带来了极大的麻烦。

现有技术中，包括物理吸附法、电凝法、生物处理法、化学氧化法等在内的传统治理方法大多存在易造成二次污染、降解不彻底和应用范围受限等问题。半导体光催化技术因为具有能量来源充足、清洁、高效和适应性广等特点在环境净化领域研究广泛。半导体光催化技术经过几十年的发展，已经取得了极大的进展，但其实际应用仍然受到太阳光利用率不足和量子效率低的制约，解决这一问题的核心是开发具有宽光谱响应能力的高效稳定光催化剂。

铋基光催化剂得益于独特的电子结构和轨道杂化作用，在光催化领域研究广泛。近年来，具有Bi

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种宽光谱响应光催化剂Bi

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种宽光谱响应光催化剂Bi

将铋源和锰源按比例混合后，依次经机械球磨和500-700℃高温热解后制得。

在上述技术方案中，所述高温热解的升温速率为2-5℃/min。

在上述技术方案中，所述高温热解的保温时间为2-4h。

进一步地，在上述技术方案中，所述高温热解的反应气氛为空气气氛或氧气气氛。

在上述技术方案中，所述铋源和锰源按照铋与锰元素的摩尔比为12∶1的比例混合配料。

进一步地，在上述技术方案中，所述铋源为Bi

进一步地，在上述技术方案中，所述锰源为MnCO

在上述技术方案中，所述机械球磨具体为，按固液比为1∶0.8-1.5的比例加入无水乙醇，在350-500rpm下球磨18-24h。

在本发明的一个优选实施方式中，所述宽光谱响应光催化剂Bi

(1)根据元素化学计量比，按照n(Bi)∶n(Mn)＝12∶1的配比称取适量铋源和锰源；

(2)将铋源和锰源置于装有不同大小磨球的球磨罐中，然后按照固液比为1∶0.8-1.5的比例加入适量无水乙醇，之后将球磨罐加盖密封，并置于行星球磨机中，在球磨机转速为350-500rpm的条件下，湿法球磨18-24h得到均匀的前驱体浆液；

(3)将前驱体浆液连同球磨罐一同置于真空干燥箱中，在80-100℃下干燥过夜，再球磨10-30min使前驱体从磨球上脱落，并将前驱体粉末收集备用；

(4)将前驱体粉末装入烧舟中后置于管式炉中，在空气气氛下，控制升温速率为2-5℃/min升温至500-700℃后保温2-4h，热解后即得Bi

本发明另一方面还提供了上述制备方法制备得到的宽光谱响应光催化剂Bi

本发明又一方面还提供了上述宽光谱响应光催化剂Bi

在上述技术方案中，所述有机污染物为孔雀石绿。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)本发明所提供的宽光谱响应光催化剂Bi

(2)采用本发明所提供的机械球磨-高温热解法制备的宽光谱响应光催化剂Bi

附图说明

图1为宽光谱响应光催化剂Bi

图2为本发明实施例1-2制备得到的宽光谱响应光催化剂Bi

图3为本发明实施例1制备得到的宽光谱响应光催化剂Bi

图4为本发明实施例1制备得到的宽光谱响应光催化剂Bi

图5为本发明实施例1-2分别使用不同铋源和锰源所制备得到的宽光谱响应光催化剂Bi

图6为本发明实施例1制备得到的宽光谱响应光催化剂Bi

图7为本发明实施例1制备得到的宽光谱响应光催化剂Bi

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例中，如无特别说明，所用手段均为本领域常规的手段。

本文中所用的术语“包含”、“包括”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1

一种宽光谱响应光催化剂Bi

(1)根据元素化学计量比，按照n(Bi)∶n(Mn)＝12∶1的配比称取适量Bi

(2)将Bi

(3)将前驱体浆液连同球磨罐一同置于真空干燥箱中，在80℃下干燥过夜，再球磨30min使前驱体从磨球上脱落，并将前驱体粉末收集备用；

(4)将前驱体粉末装入烧舟中后置于管式炉中，在空气气氛下，控制升温速率为5℃/min升温至500℃后保温4h，热解后即得。

实施例2

一种宽光谱响应光催化剂Bi

(1)根据元素化学计量比，按照n(Bi)∶n(Mn)＝12∶1的配比称取适量Bi

(2)将Bi

(3)将前驱体浆液连同球磨罐一同置于真空干燥箱中，在100℃下干燥过夜，再球磨10min使前驱体从磨球上脱落，并将前驱体粉末收集备用；

(4)将前驱体粉末装入烧舟中后置于管式炉中，在空气气氛下，控制升温速率为5℃/min升温至500℃后保温2h，热解后即得。

如图2所示为本发明实施例1-2制备得到的宽光谱响应光催化剂Bi

图3a和3b分别为本发明实施例1制备得到的宽光谱响应光催化剂Bi

图4为本发明实施例1制备得到的宽光谱响应光催化剂Bi

光催化性能检测

检测方法包括以下步骤：

(1)准确称量0.01g孔雀石绿(MG)粉末，然后将其溶于去离子水中，并转移至1L的容量瓶中定容得到浓度为10mg/L的MG溶液；

(2)分别精确称量0.1g实施例1和实施例2中制备的Bi

(3)以氙灯(500W)作为模拟太阳光源，将步骤(2)所得悬浊液置于氙灯光照下进行光催化降解反应，且每隔1h取一次样，用离心机在8000r/min的转速下离心后取上清液，然后用分光光度计测上清液的吸光度，并计算其降解率。

图5为本发明实施例1-2分别使用不同铋源和锰源所制备得到的宽光谱响应光催化剂Bi

此外，以实施例1制备得到的宽光谱响应光催化剂Bi

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。

应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。