具有微观分级结构的花状磷酸铋光催化剂的仿生合成方法
【技术领域】
[0001]本发明属于磷酸铋光催化剂的合成技术领域，具体涉及一种具有微观分级结构的花状磷酸铋光催化剂的仿生合成方法。
【背景技术】
[0002]光催化降解污染物作为一项高级氧化技术，用于环境修复极具应用前景，也得到了越来越多的关注。而光催化剂是这项技术的核心，在众多的半导体光催化剂中，T12由于其生物惰性、强氧化性、低成本高效率、耐光腐蚀和化学腐蚀性以及强稳定性等特点被认为是最适合用于环境污染治理的光催化剂。但1102仍有一些自身难以克服的缺点，如太阳光利用率低、光生空穴-电子的复合率高和分离回收困难等。因此，开发新型的光催化剂成为光催化领域的一个重要研宄方向。
[0003]近年来对BiPO4*催化活性的研宄逐渐增多，BiPO 4表现出很高的紫外光催化活性。光催化剂的晶相结构和形貌尺寸是影响其紫外光催化活性的主要因素，而催化剂的晶相结构和形貌尺寸又与其合成方法和制备条件有着密不可分的关系。通常合成BiPO4的方法有共沉淀法、水热法和固相法等，因BiPO4很容易形成块状以及棒状，这些常规方法对于改变BiPO4的形貌和尺寸比较困难。溶剂热法或常用的有机物诱导法可以制备出具有一定形貌的光催化剂，但由于过程使用有机溶剂或有毒有害的有机试剂，增加制备成本，还会给环境带来压力，因此寻找一种简单、易操作且环境友好的方法合成形貌特殊并且活性较高的磷酸铋光催化剂具有重要意义。
【发明内容】
[0004]本发明解决的技术问题是提供了一种具有微观分级结构的花状磷酸铋光催化剂的仿生合成方法，该方法简单易行且环境友好，所得的磷酸铋光催化剂具有较高的光催化活性。
[0005]本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，具有微观分级结构的花状磷酸铋光催化剂的仿生合成方法，其特征在于具体步骤为:(I)将L-半胱氨酸盐酸盐溶于摩尔浓度为lmol/L的硝酸溶液中，搅拌混合均匀后加入五水合硝酸铋，继续搅拌2h得到混合溶液，其中L-半胱氨酸盐酸盐与五水合硝酸铋的摩尔比为1-2:1 ; (2)向步骤(I)得到的混合溶液中加入与五水合硝酸铋等摩尔的可溶性磷酸盐，搅拌混合均匀，然后用氨水调节反应体系的PH为1-7，继续搅拌0.5h ; (3)室温下静置12-20h，离心分离，洗涤，60°C真空干燥12h，然后于550°C煅烧4h得到由平均直径20nm的纳米线组成的平均粒径为1400nm且具有微观分级结构的花状磷酸铋光催化剂。
[0006]进一步限定，所述的可溶性磷酸盐为磷酸二氢钠、磷酸二氢铵、磷酸氢二钠、磷酸氢二铵、磷酸钠或磷酸铵。
[0007]本发明与采用其它方法制备的磷酸铋光催化剂相比具有以下优点:
(I)在水溶液中利用生物试剂L-半胱氨酸盐酸盐合成了具有微观分级结构的花状磷酸铋，避免了有机溶剂的使用，同时也避免了添加有毒有害的有机基质来调变产物的形貌，因而是一种环境友好的仿生合成方法；(2)本合成方法条件温和，简单易行，可操作性强且成本低廉；(3)制备的磷酸铋光催化剂具有较高的光催化活性，高于普通沉淀法制备的磷酸铋光催化剂。
【附图说明】
[0008]图1是本发明实施例1制得的磷酸铋光催化剂的扫描电镜图，图2是本发明实施例I制得的磷酸铋光催化剂的场发射扫描电镜图，图3是本发明实施例1制得的磷酸铋光催化剂I与普通沉淀法合成的磷酸铋光催化剂对罗丹明B降解率的对比曲线。
【具体实施方式】
[0009]以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
[0010]实施例1
取L-半胱氨酸盐酸盐3mmol溶于50ml的硝酸溶液(lmol/L)中，搅拌混合均勾后，加入3mmol五水合硝酸秘，继续搅拌2h得到混合溶液；再加入3mmol磷酸二氢钠，搅拌0.5h，然后用氨水调节PH为1，继续搅拌0.5h ;放置在实验台上于室温静置120h，离心分离，洗涤，60°C真空干燥12h，然后于550°C煅烧4h制得磷酸铋光催化剂1，其扫描电镜图和场发射扫描电镜图分别如图1和图2所示，由图1和图2可知制得的磷酸铋光催化剂I是由平均直径20nm的纳米线组成的平均粒径为1400nm且具有微观分级结构的花状磷酸铋光催化剂。
[0011]实施例2
取L-半胱氨酸盐酸盐6mmol溶于50ml的硝酸溶液(lmol/L)中，搅拌混合均勾后，加入3mmol五水合硝酸秘，继续搅拌2h得到混合溶液；再加入3mmol磷酸二氢钱，搅拌0.5h，然后用氨水调节PH为7，继续搅拌0.5h ;放置在实验台上于室温静置96h，离心分离，洗涤，60°C真空干燥12h，然后于550°C煅烧4h制得具有微观分级结构的花状磷酸铋光催化剂2。
[0012]实施例3
取L-半胱氨酸盐酸盐3mmol溶于50ml的硝酸溶液(lmol/L)中，搅拌混合均勾后，加入3mmol五水合硝酸秘，继续搅拌2h得到混合溶液；再加入3mmol磷酸氢二钠，搅拌0.5h，然后用氨水调节PH为4，继续搅拌0.5h ;放置在实验台上于室温静置12h，离心分离，洗涤，60°C真空干燥12h，然后于550°C煅烧4h制得具有微观分级结构的花状磷酸铋光催化剂3。
[0013]实施例4
取L-半胱氨酸盐酸盐6mmol溶于50ml的硝酸溶液(lmol/L)中，搅拌混合均勾后，加入3mmol五水合硝酸秘，继续搅拌2h得到混合溶液；再加入3mmol磷酸氢二钱，搅拌0.5h，然后用氨水调节PH为2，继续搅拌0.5h ;放置在实验台上于室温静置48h，离心分离，洗涤，60°C真空干燥12h，然后于550°C煅烧4h制得具有微观分级结构的花状磷酸铋光催化剂4。
[0014]实施例5
取L-半胱氨酸盐酸盐3mmol溶于50ml的硝酸溶液(lmol/L)中，搅拌混合均勾后，加入3mmol五水合硝酸秘，继续搅拌2h得到混合溶液；再加入3mmol磷酸钠，搅拌0.5h，然后用氨水调节pH为1，继续搅拌0.5h ;放置在实验台上于室温下静置72h，离心分离，洗涤，60°C真空干燥12h，然后于550°C煅烧4h制得具有微观分级结构的花状磷酸铋光催化剂5。
[0015]实施例6
取L-半胱氨酸盐酸盐6mmol溶于50ml的硝酸溶液(lmol/L)中，搅拌混合均勾后，加入3mmol五水合硝酸秘，继续搅拌2h得到混合溶液；再加入3mmol磷酸钱，搅拌0.5h，然后用氨水调节pH为3，继续搅拌0.5h ;放置在实验台上于室温下静置96h，离心分离，洗涤，60°C真空干燥12h，然后于550°C煅烧4h制得具有微观分级结构的花状磷酸铋光催化剂6。
[0016]实施例7
本实施例所用的BiPO4S实施例1制得的磷酸铋光催化剂I。为了进行对比，分别取等量(0.05g)的磷酸铋光催化剂I和普通沉淀法制得的BiPO4，加入到200mL质量浓度为5mg/L的罗丹明B (RhB)溶液中，超声15min后转移至光催化反应玻璃反应器中，在避光处搅拌30min，以达到吸附脱附平衡。采用125W的高压汞灯作为光源，然后以80ml/min的速度通入空气，开灯并持续搅拌，每间隔一定时间取样一次，离心分离，取其上清液用722型紫外可见分光光度计(λ=554ηπι)测定罗丹明B的剩余浓度。这两种光催化剂降解罗丹明B的曲线如图3所示，从该图可以看出，在相同的降解时间内，磷酸铋光催化剂I对罗丹明B的降解速度明显高于普通沉淀法制备的BiP04。同样，经过光催化降解实验表明实施例2-6制得的磷酸铋光催化剂对罗丹明B的降解率明显高于普通沉淀法制得的BiPO4,因此，实施例2-6制得的磷酸铋光催化剂的光催化活性高于普通沉淀法制得的BiP04。
[0017]以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。
【主权项】
1.具有微观分级结构的花状磷酸铋光催化剂的仿生合成方法，其特征在于具体步骤为:(I)将L-半胱氨酸盐酸盐溶于摩尔浓度为lmol/L的硝酸溶液中，搅拌混合均匀后加入五水合硝酸铋，继续搅拌2h得到混合溶液，其中L-半胱氨酸盐酸盐与五水合硝酸铋的摩尔比为1-2:1 ; (2)向步骤(I)得到的混合溶液中加入与五水合硝酸铋等摩尔的可溶性磷酸盐，搅拌混合均匀，然后用氨水调节反应体系的PH为1-7，继续搅拌0.5h; (3)室温下静置12-20h，离心分离，洗涤，60°C真空干燥12h，然后于550°C煅烧4h得到由平均直径20nm的纳米线组成的平均粒径为1400nm且具有微观分级结构的花状磷酸铋光催化剂。2.根据权利要求1所述的具有微观分级结构的花状磷酸铋光催化剂的仿生合成方法，其特征在于:所述的可溶性磷酸盐为磷酸二氢钠、磷酸二氢铵、磷酸氢二钠、磷酸氢二铵、磷酸钠或磷酸铵。
【专利摘要】本发明公开了一种具有微观分级结构的花状磷酸铋光催化剂的仿生合成方法，具体步骤为：将L-半胱氨酸盐酸盐溶于摩尔浓度为1mol/L的硝酸溶液中，搅拌混合均匀后加入五水合硝酸铋，继续搅拌2h得到混合溶液；向上述得到的混合溶液中加入与五水合硝酸铋等摩尔的可溶性磷酸盐，搅拌混合均匀，然后用氨水调节反应体系的pH为1-7，继续搅拌0.5h；室温下静置12-120h，离心分离，洗涤，60℃真空干燥12h，然后于550℃煅烧4h得到由平均直径20nm的纳米线组成的平均粒径为1400nm且具有微观分级结构的花状磷酸铋光催化剂。本发明反应条件温和，简单易行，可操作性强且成本低廉，制得的磷酸铋光催化剂具有较高的光催化活性。
【IPC分类】B01J35/02, C01B25/37, B01J27/186
【公开号】CN104907086
【申请号】CN201510260241
【发明人】邢新艳, 任晓倩, 马玉雪, 李静, 杨林, 席国喜
【申请人】河南师范大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年5月21日