[发明专利]小尺寸磷酸铋及其制备方法与光催化剂及其应用

说明书

本发明提供了一种小尺寸磷酸铋及其制备方法与光催化剂及其应用。该制备方法包括将铋盐和磷酸盐在乙二醇中混合，进行水热反应和煅烧，得到粒径为20‑33nm的小尺寸磷酸铋。本发明进一步提供了上述制备方法得到的小尺寸磷酸铋。本发明进一步提供了一种包括上述小尺寸磷酸铋的光催化剂，并提供了该光催化剂在催化降解染料污染物中的应用。本发明提供的磷酸铋具有小尺寸、粒径均匀、比表面积大和高度分散的特点，该磷酸铋在作为光催化剂时能够提供充足的活性位点，具有较高的催化降解污染物的能力，能够将苯酚等染料污染物完全光催化降解。

技术领域

本发明涉及光催化技术领域，尤其涉及一种小尺寸磷酸铋及其制备方法与光催化剂及其应用。

背景技术

在水环境治理方面，光催化技术作为一种无毒、低能耗的环境友好型技术，可利用太阳光降解污染物，适合处理毒性高、浓度低、难以降解的污染物，其优势是可将污染物彻底矿化为无害化小分子，不会造成二次污染。磷酸铋(BiPO₄)是一种紫外光响应型半导体光催化材料，其光催化活性为商业二氧化钛(P25)的二倍，并且矿化能力强，在BiPO₄的催化作用下，苯酚可迅速开环并得到矿化，在环境治理方面具有广阔的应用前景。BiPO₄晶相有六方相、单斜相和单斜相独居石三种结构，其中最稳定和光催化速率最高的是独居石结构，因此有关独居石结构BiPO₄的研究最多。从结构调控的层面上，人们尝试通过异相结、异质结、缺陷结构、阴离子掺杂和半导体复合等方法提高BiPO₄的光生电荷的分离与迁移效率，进而提高光催化活性。

然而，目前大多数方法制备出的棒状BiPO₄，尺寸通常都在微米级或至少100nm以上，比表面积小，且在水中的分散性很差，从而限制了BiPO₄在环境净化方面的应用。由于BiPO₄的溶度积较小，常规方法很难制备出尺寸小且分散性良好的纳米颗粒。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种小尺寸磷酸铋及其制备方法与光催化剂及其应用。该制备方法不需要添加其他调节剂即可获得小尺寸磷酸铋。

为了达到上述问题，本发明提供了一种小尺寸磷酸铋的制备方法，包括：将摩尔比为0.05-0.5：0.05-0.5的铋盐和磷酸盐在有机溶剂中混合，进行水热反应和煅烧，得到小尺寸磷酸铋、该小尺寸磷酸铋的粒径为20nm-33nm；

其中，所述有机溶剂为乙二醇，所述有机溶剂与磷酸盐的用量比为10-50mL：0.005-0.5mmol。

在上述制备方法中，通过控制铋盐和磷酸盐的用量可以形成水包油的反应体系，阻止晶核过度生长、有利于获得小尺寸磷酸铋。所述铋盐和磷酸盐的摩尔比一般控制为0.05-0.5：0.05-0.5。在一些具体实施方案中，所述铋盐的用量可以控制为0.05-0.5mmol；所述磷酸盐的用量可以控制为0.05-0.5mmol。

在上述制备方法中，所述有机溶剂选用乙二醇可以抑制硝酸铋水解，增加反应体系的分散性，阻止晶核生长，促进小尺寸磷酸铋的合成。小尺寸硝酸铋的粒径一般在20nm-33nm，例如20nm-30nm，20nm、21nm、22nm、23nm、24nm、25nm、26nm、27nm、28nm、29nm、30nm、31nm、32nm、33nm等。

在本发明的具体实施方案中，所述有机溶剂与磷酸盐的用量比一般控制为10-50mL：0.005-0.5mmol，所述有机溶剂与铋盐的用量比一般控制为10-50mL：0.005-0.5mmol。通过控制作为前驱体的铋盐和磷酸盐在有机溶剂中的浓度，可以有效阻止晶核过分生长，减小产物尺寸。

在上述制备方法中，所述水热反应的温度可以控制为100-160℃、例如为140℃，所述水热反应的时间可以控制为24h-72h、例如48h。