[发明专利]一种具有微纳结构的Bi4Ti3O12光催化剂及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料及光催化降解有机污染物技术领域，具体是涉及一种具有微纳结构的Bi₄Ti₃O₁₂光催化剂及其制备方法和用途。

背景技术

伴随着科技的进步和工业技术的发展，环境污染问题已经成为全球范围内最为严峻的问题。在这样的一个大的背景之下，治理环境污染问题成为目前人类主要关心的话题之一。利用光催化技术降解和消除工业生产过程中的废水等有机物污染成为治理环境污染问题的有效办法之一。其中纳米TiO₂作为光催化剂被人们广泛地研究。Bi₄Ti₃O₁₂是钛酸铋化合物中的一种，它的晶体结构为正交晶系，是一种非常典型的钙钛矿结构的Bi系层状化合物，其光催化性能引起广泛的研究兴趣。例如，Changlu Shao采用溶剂热合成技术制备了Bi₄Ti₃O₁₂纳米片，并将其应用于光催化降解有机污染物。Kudo报道通过固相焙烧法制备Bi₄Ti₃O₁₂，并将其应用于光催化降解有机污染物。溶剂热合成技术工艺复杂、成本高、无法规模化生产，单纯的固相焙烧法难以制备粒度可控、分布均匀的Bi₄Ti₃O₁₂粉体。因此需要探索一种既能够易于规模制备、粒度可控、分布均匀并且具有较大比表面积的新型光催化剂及其制备方法。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种具有微纳结构的 Bi₄Ti₃O₁₂光催化剂及其制备方法和用途。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种具有微纳结构的Bi₄Ti₃O₁₂光催化剂，Bi₄Ti₃O₁₂微球形状规则，直径为0.5～2μm，微球内部中空，微球表面均匀分布孔径为20～30nm的介孔。

优选地，所述的具有微纳结构的Bi₄Ti₃O₁₂光催化剂由制备好的溶胶经喷雾造粒及煅烧两步制得。

优选地，所述的喷雾造粒所使用的溶胶是通过将硝酸铋和可溶性钛盐按照Bi₄Ti₃O₁₂的化学计量比溶解在溶剂中，配置成浓度为0.01～0.1mol/L的溶胶，搅拌30min后，向其中加入0g～5.0g的造孔剂，超声5～15min使其完全溶解，并搅拌使其混合均匀。

优选地，所述的可溶性钛盐为钛酸四丁酯、硫酸钛、四氯化钛中的一种，所述的溶剂为硝酸水溶液、甘露醇、乙二醇、乙二醇甲醚乙醇中的一种或者几种的混合物。

优选地，所述的造孔剂可以为聚乙烯吡咯烷酮、淀粉、聚乙烯醇、聚乙二醇、碳粉中的一种。

优选地，所述的喷雾造粒过程的参数分别为压力选择0.01～0.1MPa，进风温度设置为100～200℃，出风温度设置为200～280℃。

优选地，所述的煅烧温度为300～800℃，保温时间为0.5～5h。

优选地，所述具有微纳结构的Bi₄Ti₃O₁₂光催化剂在降解水体有机污染物中的应用。

本发明的有益效果在于：首先，本发明制备而成的Bi₄Ti₃O₁₂光催 化剂具有规整的微球结构，使得其具有良好的分散性和分离特性，提高了其重复使用性；其次，通过在微球内形成中空结构及表面纳米介孔结构，大大提高其比表面积和吸附特性，实现了光催化活性的显著提高；最后，本发明的中空结构及表面介孔由煅烧过程中有机物的挥发所形成，其孔隙率和比表面积可通过加入造孔剂的量进行调节，从而实现其性能的可控性。

附图说明

图1为具有微纳结构的Bi₄Ti₃O₁₂光催化剂的扫描电子显微镜形貌图。

具体实施方式