[发明专利]一种制备具有单一物相的硅酸铋纳米粉体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备硅酸铋纳米粉体的方法，具体说，是涉及一种制备具有单一物相的硅酸铋纳米粉体的方法，属于材料制备技术领域。

背景技术

光催化技术是自20世纪70年代发展起来的一种新型高级氧化技术，是通过化学氧化的方法，把有机污染物矿化分解为水、二氧化碳和无毒害的无机盐，因此在水污染治理中具有非常广阔的应用价值。

传统的TiO₂光催化剂由于受到自身电子结构的局限性，难以有效利用太阳光。寻找新型高效光催化剂，是光催化技术实现太阳能充分利用，走向实用化的关键。而光催化剂的活性和可重复利用性，是高效光催化剂的重要衡量指标。

硅酸铋（Bi₂SiO₅）是新近发现的一种具有铋层状结构的光催化剂。Bi₂SiO₅属于正交晶系，Cmc2₁空间群，直接带隙半导体化合物，能带理论值2.87eV，是一种理想的能利用太阳光的光催化剂之一。同时Bi₂SiO₅是SiO₂-Bi₂O₃体系中可以在常温下稳定存在的亚稳定相，高温条件下易分解成Bi₄Si₃O₁₂和Bi₁₂SiO₂₀等两种其他的硅酸铋物相。由于合成方面的困难，目前已经报道的硅酸铋Bi₂SiO₅的光催化性能有待提高。

从已经报道的文献来看，目前合成Bi₂SiO₅的困难主要体现在以下两方面：一是对于SiO₂-Bi₂O₃体系熔体冷却过程中首先析出Bi₁₂SiO₂₀和Bi₄Si₃O₁₂物相，而Bi₂SiO₅则需要在非平衡条件下才能稳定析出，使得采用常规的熔体冷却法来生长Bi₂SiO₅单晶过程中，会伴随大量Bi₁₂SiO₂₀和Bi₄Si₃O₁₂化合物产生。陕西科技大学王秀峰教授报道了以KCl/NaCl、NaCl/Na₂SO₄为熔盐的熔盐法生长Bi₂SiO₅晶体路径，结果表明生长的Bi₂SiO₅晶体中仍然伴生有Bi₁₂SiO₂₀杂质；二是形成Bi₂SiO₅所需的Bi₂O₂结构单元容易转变成Bi₂O₃结构，使得以水热法为主制备Bi₂SiO₅粉体中通常存在着Bi₂O₃伴生相，会降低硅酸铋Bi₂SiO₅的光催化性能。

国内外关于合成单一晶相的Bi₂SiO₅报道不多。中国专利CN101708863A中公开了一种采用熔体淬冷与热处理相结合制备硅酸铋微晶的方法，所制备的硅酸铋晶体具有较高的纯度，但仍然存在有Bi₂O₃伴生相；中国专利CN101229510A中公开了一种纯相Bi₂SiO₅的制备方法，该方法将Si源溶液加入到Bi盐酸性溶液中进行长时间陈化后焙烧，得到Bi₂SiO₅粉体材料，该方法能得到单一物相的硅酸铋粉体，但存在工序多、过程复杂，不适合规模化生产的缺陷。

综上所述，目前在制备硅酸铋（Bi₂SiO₅）光催化剂方面，存在着工序复杂、单一物相制备困难等问题，因此，研究一种能规模化制备具有单一物相的硅酸铋粉体的方法，对发挥其光催化性能，能在有机染料水污染处理行业中得到实际应用具有重要意义。

发明内容