一种钛酸铋可见光催化剂的制备方法及钛酸铋可见光催化剂的应用与流程

本发明涉及半导体光催化材料技术领域。具体涉及一种钛酸铋(bi2ti2o7)光催化剂的制备方法及钛酸铋可见光催化剂在苯甲醇氧化为苯甲醇的反应中的应用。

背景技术：

随着人们对环境保护意识的日益加强和能源危机的日益紧张。现在急需要利用清洁能源替代传统能源，太阳能是一种清洁能源，并且在未来都不会有枯竭的可能。因此要充分利用太阳能为人类的活动做有必要的拓展。自从tio2光催化剂的诞生，光催化剂的应用就有了快速的发展，并且光催化剂也应用到了生活的方方面面。光催化半导体材料制备及应用(如光催化促进有机合成反应)得到了广泛的发展。

传统苯甲醇氧化过程反应是在高温高压大量溶剂条件下进行，同时使用了大量的锰酸盐和铬酸盐作为催化剂，这给现代工业造成了大量的能耗和环境污染，为此开发光催化半导体材料，在苯甲醇选择性氧化为苯甲醛的反应中具有很好的应用前景。

虽然tio2性质稳定，价格低廉，又具有众多独特的性能，但其只能在紫外光辐射下效果好；由于大量含bi化合物具有较好的通过光催化将苯甲醇氧化为苯甲醛的性能，同时其还具有特殊的层状结构，有利于光生载流子的分离和传导，为此本发明寻求制备出含bi和ti的半导体光催化剂bi2ti2o7，其具有合适的禁带宽度并具备可见光下催化活性。但目前其很难制备出纯度高的bi2ti2o7，并且制备方法较复杂。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种工艺简单成本低廉的钛酸铋可见光催化剂，并将该钛酸铋光催化剂应用于苯甲醇高效氧化为苯甲醛的反应中。

为了实现上述目的，将通过以下方案进行：

一种钛酸铋可见光催化剂的制备方法，按如下步骤进行：

1)将五水硝酸铋溶于苯甲醇中形成溶液，然后将钛酸四丁酯滴加到上述溶液中搅拌0.5-3h，得混合溶液；

2)将上述混合溶液移入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在100-160℃加热反应20-24h，得到产物前驱体；然后用无水乙醇洗涤产物前驱体数次，在80℃下过夜烘干得到前驱体；

3)将所得到的前驱体在500-700℃煅烧5-20h，得到bi2ti2o7可见光催化剂。

所述五水硝酸铋、钛酸四丁酯以及苯甲醇的摩尔比为0.1-0.3∶1∶38。

所述钛酸铋可见光催化剂应用于将苯甲醇氧化为苯甲醛的反应。

本发明的有益效果是：本发明提供的方法，只需将三种原料混合后反应、干燥并煅烧即成，工艺简单成本低廉；经过xrd(x-射线粉末衍射仪)测定，材料各衍射峰均出现，峰强度强，同时没有任何杂质峰出现，与标准卡片32-0118.卡片非常吻合，说明晶相较好。在具体光催化苯甲醇氧化为苯甲醛的应用实验中，苯甲醛选择性在92％以上，同时苯甲醇转化率也达到92％以上。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的钛酸铋(bi2ti2o7)的xrd图谱。

图2为本发明实施例1制备的钛酸铋(bi2ti2o7)可见光催化苯甲醇到苯甲醛反应活性。

具体实施方式：

本发明提供的bi2ti2o7可见光催化剂的制备方法，是以五水硝酸铋和钛酸四丁酯为原料，苯甲醇为溶剂，通过溶剂热法和高温煅烧法相结合后完成的。

以下结合具体实施例对本发明的进一步说明。

实施例1：

将0.02mol五水硝酸铋溶于7.60mol苯甲醇中形成溶液，然后将0.200mol钛酸四丁酯滴加到上述溶液中充分搅拌3h后将上述溶液移入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在120℃加热反应24h,最后得到产物前驱体并用无水乙醇洗涤数次，在80℃下过夜烘干得到前驱体。

称取一定量前驱体在500℃的马弗炉中煅烧10h，得到钛酸铋(bi2ti2o7)光催化剂。其xrd图谱(x射线衍射图谱)如图1所示，bi2ti2o7的衍射特征峰均存在，并且与jcpdscardno.32-0118.卡片吻合。说明得到了晶相较好的bi2ti2o7。

本实施例获得的bi2ti2o7，在可见光下进行了苯甲醇催化氧化为苯甲醛的8h反应实验，结果如图2所示(图2中的斜线柱表示苯甲醛选择性比例，网线柱表示苯甲醇转化率；以下同)：苯甲醛选择性为99％，同时苯甲醇转化率也达到95％；显示该催化剂具有非常高的光催化苯甲醇氧化为苯甲醛的活性。

实施例2：

将0.02mol五水硝酸铋溶于3.80mol苯甲醇中形成溶液，然后将0.100mol钛酸四丁酯滴加到上述溶液中充分搅拌0.5h后将上述溶液移入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在140℃加热反应20h,最后得到产物前驱体并用去无水乙醇洗涤数次，在80℃下过夜烘干得到前驱体。

称取一定量前驱体在600℃的马弗炉中煅烧5h，得到钛酸铋(bi2ti2o7)光催化剂；其xrd图谱也与图1相同。

本实施例获得的bi2ti2o7，在可见光下进行了苯甲醇催化氧化为苯甲醛的8h反应实验；由图2可知：苯甲醛选择性为97％，同时苯甲醇转化率也达到92％；显示该催化剂具有非常高的光催化苯甲醇氧化为苯甲醛的活性。

实施例3：

将0.02mol五水硝酸铋溶于2.53mol苯甲醇中形成溶液，然后将0.067mol钛酸四丁酯滴加到上述溶液中充分搅拌2h后将上述溶液移入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在160℃加热反应15h,最后得到产物前驱体并用去无水乙醇洗涤数次，在80℃下过夜烘干得到前驱体。

称取一定量前驱体在500℃的马弗炉中煅烧10h，得到钛酸铋(bi2ti2o7)光催化剂；其xrd图谱也与图1相同。

本实施例获得的bi2ti2o7，在可见光下进行了苯甲醇催化氧化为苯甲醛的8h反应实验；由图2可知：苯甲醛选择性为92％，同时苯甲醇转化率也达到96％；显示该催化剂具有非常高的光催化苯甲醇氧化为苯甲醛的活性。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

技术特征：

1.一种钛酸铋可见光催化剂的制备方法，按如下步骤进行：

1)将五水硝酸铋溶于苯甲醇中形成溶液，然后将钛酸四丁酯滴加到上述溶液中搅拌0.5-3h，得混合溶液；

2)将上述混合溶液移入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在100-160℃加热反应20-24h，得到产物前驱体；然后用无水乙醇洗涤产物前驱体数次，在80℃下过夜烘干得到前驱体；

3)将所得到的前驱体在500-700℃煅烧5-20h，得到bi2ti2o7可见光催化剂。

2.根据权利要求1所述的钛酸铋可见光催化剂的制备方法，其特征在于：所述五水硝酸铋、钛酸四丁酯及苯甲醇摩尔比为0.1-0.3∶1∶38。

3.权利要求1所述的钛酸铋可见光催化剂的制备方法，所述钛酸铋可见光催化剂应用于将苯甲醇氧化为苯甲醛的反应。

技术总结
本发明涉及半导体光催化材料技术领域。目的是提供一种工艺简单成本低廉的钛酸铋可见光催化剂，并将该钛酸铋光催化剂应用于苯甲醇高效氧化为苯甲醛的反应中。技术方案是：一种钛酸铋可见光催化剂的制备方法，按如下步骤进行：1)将五水硝酸铋溶于苯甲醇中形成溶液，然后将钛酸四丁酯滴加到上述溶液中搅拌0.5‑3h，得混合溶液；2)将上述混合溶液移入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在100‑160℃加热反应20‑24h，得到产物前驱体；然后用无水乙醇洗涤产物前驱体数次，在80℃下过夜烘干得到前驱体；3)将所得到的前驱体在500‑700℃煅烧5‑20h，得到Bi2Ti2O7可见光催化剂。

技术研发人员：乔军;仲萍萍;黄冬萍
受保护的技术使用者：浙江树人学院(浙江树人大学)
技术研发日：2019.09.09
技术公布日：2019.12.10