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第43卷第7期
应用化工
Vol 43 No. 7
2014年7月
Applied Chemical Industry
Jul.2014
氧化铋光催化剂改性研究
高红,刘可新2,王学同
(1.天津现代职业技术学院,天津300350;2.天津甘泉集团,天津300171;3.天津市津南区环保局,天津300350)
摘要:通过对实验室制备的氧化铋光催化剂减小催化剂粒径、表面螯合、金属离子掺杂、催化剂固载等方法进行
改性研究,表明均能提高氧化铋的催化活性。
关键词:光催化剂;氧化鉍;纳米粉体;表面螯合
中图分类号:TQ135.312:TQ426.81文献标识码:A文章编号:1671-3206(2014)07-1299-04
Study on modification of bismuth oxide photocatalyst
GAO Hong, LIU Ke-xin, WANG Xue-tong
(1. Tianjin Modem Vocational Technology College, Tianjin 300350, China 2. Tianjin Ganquan Group, Tianjin 300171, China;
3. Tianjin Environmental Protection Bureau of Jinnan District, Tianjin 300350, China
Abstract: Focusing on modification of ismuth oxide prepared from lab. The test of methylene blue
wastewater degradation simulated experiment shows that the bismuth oxide catalytic activity can be in
creased by reducing catalyst particle size, surface chelating, metal ion doping and catalyst immobilizing
etc
Key words: photocatalyst; bismuth oxide; nano-powder; surface chelation
利用半爭体材料光催化降解水中污染物是目前
D/max-2500X射线行射似;JEM-1000XⅡ透射
比较热门的研究课题之一。光催化剂可以有效利用电子显微镜;722分光光度计;白炽灯。
太阳能,并在反应中产生具有强氧化能力的空穴和1.2氧化铋的制备
羟基自由基,因而备受人们的关注。氧化鉍作为一
配制硝酸鉍溶液与NaOH溶液。将硝酸鉍溶液
种半导体光催化材料,其带隙能为2.8eV,吸收波缓慢加入NaOH溶液中,随着反应进行,温度升高,
长较长,可以实现对太阳光的利用。但如何提高其pH值逐渐增大。当温度为40~60℃,pH值达到3
催化活性,是氧化铋光催化剂使用过程中的重要问5时停止反应。过滤、洗涤,加水调浆,并调节温
题
度,继续加Na0H溶液进行反应。随着碱液的加入,
光催化反应的量子效率低是其难以实用化的最生成物逐渐変黄,当pH为13~14时达到反应终
为关键因素之一。光催化反应的量子效率取决于载点,继续搅拌30min后,过漶、洗涤及干燥脱水,即
流子的复合几儿率。对光催化剂来说,俘获光激发载得黄色氧化铋粉体。
流子并与电子给体/受体发生作用,增加光催化反应1.3氧化铋光催化剂的改性
的量子效率,从而提高光催化活性。研究表明,提高1.3.1减小光催化剂粉体粒径采用金属醇盐水
光催化剂活性的方法有减小催化剂粒径、表面螯合、解法和二步法制备纳米氧化铋粉体
金属离子掺杂等。
1.3.1.1金属醇盐水解法将硝酸铋和甲醇钠置
1实验部分
于烧杯中,加水反应,静置,待其完全反应后,将反应
1.1试剂与仪器
产生的沉淀过滤、烘干、煅烧、研磨,即为氧化铋纳米
硝酸铋,化学纯;亚甲基蓝、甲醇钠、氧氧化钠、粉体。
乙二胺四乙酸二钠、氯化铁、硝酸铁均为分析纯。
1.3.1.2二步法向硝酸铋溶液中滴加氢氧化钠
收稿日期:2014-03-11修改稿日期:2014-03-28
作者简介:高红(1981-),女,天津人,天津现代职业技术学院讲师,硕土,主要从事环境污染物治理与教学工作。电话
022-28775060,E-mail;gh0L2l@126.com
1300
应用化工
第43卷
溶液,当溶液温度为40~60℃,pH值为3-5时,停铋粉体存在较为严重的团聚问题,使用效果较差。
止加入氢氧化钠。过滤、洗涤,加蒸馏水打浆,继续
加碱液反应,水浴温度控制在55~57℃,沉淀逐渐
变为淡黄色,当pH值>12时,反应终止。将沉淀过
滤、洗涤、烘干后,放入45C℃电阻炉中高温煅烧,取
出研磨,即得氧化铋纳米粉体?。
1.3.2表面螯合将硝酸铋溶解于硝酸,置于高温
水浴中,滴加EDTA溶液和NaOH溶液,反应得到黄
色沉淀物质,过滤、洗涤,烘干后得到与 EDTA螯合
a.金属醇盐水解法制备氧化铋粉体(29000倍
的氧化铋粉末。
1.3.3催化剂的固载将活性炭进行洗涤、过滤、
干燥。在三颈瓶中加入一定量氧化鉍粉体和无水乙
醇,充分搅拌,静置30min。加入活性炭,水浴回流
0min。抽滤,100℃烘干,于箱式电阻炉中450℃
下煅烧,即得氧化铋活性炭固载光催化剂?。
、
同上述方法制备氧化铋膨润土固载光催化剂。
b.金属醇盐水解法制备氧化铬粉体(100000倍)
1.4实验方法
取100mlL一定浓度的亚甲基蓝溶液于光催化
反应器中,加人一定量改性后的氧化铋光催化剂,用
白炽灯模拟太阳光进行光催化反应。以亚甲基蓝溶
液脱色率来评价催化剂的使用效果
2结果与讨论
21减小催化剂粒径
c.二步法制备氧化铋粉体(100000倍)
2.1.1氧化铅纳米粉体的检测金属醇盐水解
图2制备氧化铋粉体TEM照片
法制得的氧化铋粉体的XRD见图1。
Fig 2 TEM photos of Bi, 0, preparation
10000
2.1.2纳米氧化燄光催化反应用金属醇盐法制
000
得的纳米氧化铋光催化剂进行光催化脱色反应,同
6000
时与普通粒径氧化铋光催化剂进行比较,结果见
表1
4000
表1普通氧化铋与纳米氧化铋光催化反应
2000
脱色效果比较
Table I Decolorization effect comparison
of common Bi, G, and nano one
0102030405060708090
催化剂
吸光度Ao
吸光度A
2/(°)
脱色率/%
1.15
0.12
图1氧化铋X射线衍射图谱
普通氧化铋
Fig. I Bi,O, X-ray diffraction pattern
纳米氧化铋
1.15
0.033
将该实验中粉体的X射线衍射图谱与标准氧
注:反应条件:亚甲基蓝浓度6mg/L,氧化铭100mg,pH=3