CN102527420A - 碳酸氧铋光催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种碳酸氧铋光催化剂，为碳酸氧铋纳米片或由所述碳酸氧铋纳米片形成的微球。本发明提供的碳酸氧铋光催化剂由铋源和可溶性碳酸盐在水溶液中进行水热反应得到；所述铋源为柠檬酸铋或柠檬酸铋氨。本发明以柠檬酸铋或柠檬酸铋氨为铋源，采用水热反应的方式，得到纳米片状碳酸氧铋或由碳酸氧铋纳米片形成的微球，这种碳酸氧铋光催化剂具有的形貌能够促进其光生电子和空穴的分离和传输，进而抑制电子和空穴的复合，促进反应物和反应产物的扩散传递，并且光线在纳米层之间会产生反射，增加对光源的利用率，从而提高了其催化活性。实验结果表明，本发明提供的碳酸氧铋光催化剂对NO的去除率为20％～50％。
Description
技术领域
本发明涉及光催化技术领域，尤其涉及一种碳酸氧铋光催化剂及其制备方法。
背景技术
人的一生约有70％～90％的时间在室内(如居室、教室、会议室、办公室、车内等场所)度过。室内空气中普遍存在氮氧化物、甲醛、苯系物等挥发性有机化合物，其具有致毒性和致癌性，会损害血液成分和心血管系统，引起胃肠道紊乱等，严重影响人体的健康。而且，由于现代化建筑物的密闭性，造成建筑物室内的空气污染问题日益突出，由此导致的病态建筑综合症的案例与日俱增。室内空气污染物引发的健康问题正日益受到广大民众的关注和重视，开发高效的室内空气净化技术迫在眉睫。
传统的室内空气净化的技术为采用吸附材料对其中的污染物进行吸附，常用的吸附材料为活性炭，但是活性炭只是将空气污染物从气相转变为固相，存在后处理和吸附材料再生的问题，容易产生二次污染。以TiO2系催化剂为代表的光催化技术能够在室温下深度氧化室内挥发性有机物、极少产生二次污染，在室内空气污染治理中表现出诱人的前景。然而，TiO2系光催化材料用于室内空气污染治理方面仍存在以下不足：TiO2的电子-空穴对的复合速率高，光量子效率较低；常用的TiO2催化材料的制备工艺往往需要经过高温处理，能耗较大，不易实现工业化的应用。为了提高TiO2系光催化材料的性能，充分利用可见光降解室内污染物，研究者对TiO2进行改性，包括掺杂和染料敏化等，但是引入的掺杂元素往往会给催化材料的化学稳定性带来负面的影响，如对TiO2进行染料敏化时，染料在起到敏化作用时自身也会发生分解，使得光催化材料分解。
为了更好的利用光催化技术实现对室内污染的治理，研究者开发了多种非TiO2系光催化材料，其中由于铋系半导体具有的优良光催化性质而备受关注，如(BiO)2CO3、Bi2WO6、Bi4Ti3O12、BiOCl、BiVO4和PbBi2Nb2O9等的研究和开发，其中对(BiO)2CO3的研究最为广泛和深入。专利公开号为CN101817555A的中国专利文献公开了一种具有分等级结构的碳酸氧铋微米花材料及其制备方法，该方法首先将硝酸铋溶解在稀硝酸里面，然后将其逐滴加入过量的碳酸钠溶液中，得到具有分等级结构的碳酸氧铋微米花材料，但是该方法制备的碳酸氧铋结晶度不高，结构不稳定，光催化活性不够理想；为了提高碳酸氧铋光催化剂的稳定性，专利公开号为CN102275987A的中国专利文献公开了一种纳微米级板片碳酸氧铋材料及其制备方法，首先制备尿素水溶液，然后将其与五水硝酸铋混合，再将得到的混合溶液在压强为3MPa以上、温度为100℃～200℃的条件下保温1小时～4小时，反应完成后得到纳微米板片碳酸氧铋材料，但是该方法制备的碳酸氧铋的形态不可控，使得光催化活性较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳酸氧铋光催化剂及其制备方法，本发明提供的碳酸氧铋光催化剂具有良好的形貌可控性，从而提高了其光催化活性。
本发明提供一种碳酸氧铋光催化剂，为碳酸氧铋纳米片或由碳酸氧铋纳米片形成的微球。
优选的，所述由碳酸氧铋纳米片形成的微球为由碳酸氧铋纳米片形成的层状微球。
本发明提供一种碳酸氧铋光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
将铋源和可溶性碳酸盐在水溶液中进行水热反应，得到碳酸氧铋光催化剂；
所述铋源为柠檬酸铋或柠檬酸铋氨。
优选的，所述可溶性碳酸盐为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾或碳酸氢钾。
优选的，所述铋源与所述可溶性碳酸盐的摩尔比为1∶(0.1～40)。
优选的，所述铋源与所述可溶性碳酸盐的摩尔比为1∶(1～30)。
优选的，所述水溶液中所述铋源的摩尔浓度为0.001mol/L～1.0mol/L。
优选的，所述水热反应的温度为120℃～250℃。
优选的，所述水热反应的时间为3小时～100小时。
优选的，所述水热反应的填充度为10％～90％。
本发明提供一种碳酸氧铋光催化剂，为碳酸氧铋纳米片或由碳酸氧铋纳米片组装得到的微球。本发明以铋源和可溶性碳酸盐为原料，将其在水溶液中进行水热反应，得到碳酸氧铋光催化剂。本发明提供的碳酸氧铋光催化剂以柠檬酸铋或柠檬酸铋氨作为铋源，采用水热反应的反应方式，得到碳酸氧铋纳米片或由所述碳酸氧铋纳米片自组装形成的微球，从而实现了对碳酸氧铋形貌的控制，并使其能够稳定地保持其形貌。本发明得到的纳米片状结构碳酸氧铋有利于在光催化过程中光生电荷的分离和传输，进而抑制电子和空穴的复合，提高了其光催化性能；由纳米片自组装得到的层状分级结构能够促进反应物和反应产物的扩散传递，并且光线在纳米片之间会产生反射，进而能够提高其对光源的利用率，进一步提高了其光催化性能，从而使得本发明提供的碳酸氧铋光催化剂具有较高的光催化活性。实验结果表明，本发明提供的碳酸氧铋光催化剂对NO的去除率为20％～50％，说明本发明提供的碳酸氧铋光催化剂具有较高的催化活性。
另外，本发明提供的碳酸氧铋光催化剂具有较高的结晶度，能够促进光电子和空穴的分离，更进一步地提高了其光催化性能。本发明提供的制备方法条件温和，操作简单，原料易得，有利于碳酸氧铋光催化剂的广泛应用，如室内空气污染的净化、废水处理、太阳能转化制氢、杀菌以及制药等领域。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的碳酸氧铋光催化剂的SEM图像；
图2为本发明实施例2制备的碳酸氧铋光催化剂的TEM图像；
图3为本发明实施例3制备的碳酸氧铋光催化剂的XRD图谱；
图4为本发明实施例3制备的碳酸氧铋光催化剂的TEM图像；
图5为本发明实施例4制备的碳酸氧铋光催化剂的TEM图像；
图6为本发明实施例5制备的碳酸氧铋光催化剂的SEM图像；
图7为本发明实施例6制备的碳酸氧铋光催化剂的XRD图谱；
图8为本发明实施例6制备的碳酸氧铋光催化剂的SEM图像；
图9为本发明实施例7制备的碳酸氧铋光催化剂的SEM图像；
图10为本发明实施例8制备的碳酸氧铋光催化剂的SEM图像；
图11为本发明实施例9制备的碳酸氧铋光催化剂的SEM图像；
图12为本发明实施例10制备的碳酸氧铋光催化剂的XRD图谱。
具体实施方式
本发明提供了一种碳酸氧铋光催化剂，为碳酸氧铋纳米片或由碳酸氧铋纳米片形成的微球。
本发明提供的碳酸氧铋光催化剂具有形貌的多样性和可控性，所述碳酸氧铋光催化剂为碳酸氧铋纳米片或由碳酸氧铋纳米片形成的微球，所述由碳酸氧铋纳米片形成的微球优选为由碳酸氧铋纳米片形成的层状微球。在本发明中，所述碳酸氧铋纳米片的厚度约为10nm～80nm，所述由所述碳酸氧铋纳米片形成的微球的直径约为0.2μm～10μm。
本发明提供的碳酸氧铋光催化剂为碳酸氧铋纳米片或由碳酸氧铋纳米片形成的微球，所述碳酸氧铋纳米片为层状二维结构，相对于颗粒物形态的碳酸氧铋来说，这种层状二维结构的碳酸氧铋纳米片在光催化的过程中有利于光电子和空穴的分离和传输，进而抑制电子和空穴的复合，提高其光催化性能；所述由碳酸氧铋纳米片形成的微球为分级结构，这种分级结构的碳酸氧铋微球能够促进反应物和产物的扩散传递，并且光线能够在碳酸氧铋纳米片之间反射，从而提高了对光源的利用率，进一步提高其光催化性能。
另外，本发明提供的碳酸氧铋光催化剂具有较高的结晶度，这种良好结晶度的碳酸氧铋的缺陷少，进而促进光生电子和空穴的分离，更进一步地提高其光催化性能。实验结果表明，本发明提供的碳酸氧铋光催化剂对NO的去除率为20％～50％，说明其具有较高的光催化活性。
本发明提供了一种碳酸氧铋光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
将铋源和可溶性碳酸盐在水溶液中进行水热反应，得到碳酸氧铋光催化剂；
所述铋源为柠檬酸铋或柠檬酸铋氨。
本发明首先将铋源与可溶性碳酸盐溶于水中，得到混合溶液；所述铋源为柠檬酸铋或柠檬酸铋氨。本发明优选首先配制可溶性碳酸盐的水溶液，然后向所述可溶性碳酸盐的水溶液中加入铋源，得到混合溶液。在本发明中，所述可溶性碳酸盐优选为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾或碳酸氢钾，更优选为碳酸钠或碳酸氢钾；所述水优选为去离子水；所述铋源与所述可溶性碳酸盐的摩尔比优选为1∶(0.1～40)，更优选为1∶(1～30)，最优选为1∶(2～10)；所述混合溶液中所述铋源的摩尔浓度优选为0.001mol/L～1.0mol/L，更优选为0.005mol/L～0.5mol/L，最优选为0.01mol/L～0.1mol/L。本发明以柠檬酸铋或柠檬酸铋氨为铋源，采用水热反应的方式，得到了不同形貌的碳酸氧铋光催化剂，从而实现对碳酸氧铋光催化剂形貌的调节。
得到所述铋源与所述可溶性碳酸盐的混合溶液后，本发明优选搅拌所述混合溶液，得到混合均匀的铋源与可溶性碳酸盐的混合溶液。本发明对所述搅拌的参数，如温度、时间等没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的搅拌的技术方案即可。在本发明中，所述搅拌的时间优选为10min～60min，更优选为15min～50min，最优选为20min～40min。
得到混合溶液后，本发明将所述混合溶液进行水热反应，得到碳酸氧铋光催化剂。本发明以柠檬酸铋或柠檬酸铋氨为铋源，采用水热反应的反应方式，得到柠檬酸铋纳米片或由柠檬酸铋纳米片形成的微球，从而实现对碳酸氧铋光催化剂形貌的调节。在本发明中，所述水热反应的温度优选为120℃～250℃，更优选为150℃～220℃，最优选为160℃～200℃；所述水热反应的填充度优选为10％～90％，更优选为30％～95％，最优选为50％～80％；所述水热反应的时间优选为3小时～100小时，更优选为10小时～80小时，最优选为24小时～48小时。
水热反应完成后，本发明优选将反应体系冷却，得到反应产物。本发明对所述冷却的参数，如温度等没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的冷却的技术方案即可。
得到反应产物后，本发明优选将所述反应产物进行离心、过滤、水洗和有机溶剂洗，得到固体产品。本发明对所述离心、过滤、水洗和有机溶剂洗的参数没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的离心、过滤、水洗和有机溶剂洗的技术方案即可。在本发明中，所述水洗优选为去离子水水洗；所述有机溶剂优选为乙醇；所述水洗的次数优选为1～5次，更优选为2～3次；所述有机溶剂洗的次数优选为1～5次，更优选为2～3次。
得到固体产品后，本发明优选将所述固体产品烘干，得到碳酸氧铋光催化剂。本发明对所述烘干的参数，如温度、时间等没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的烘干的技术方案即可。在本发明中，所述烘干的温度优选为50℃～100℃，更优选为60℃～90℃，最优选为70℃～85℃。
得到铋系光催化剂后，本发明对得到的铋系光催化剂进行表征和性能测试，具体过程和结果如下：
本发明对得到的铋系光催化剂进行X-射线衍射(XRD)分析，结果显示，本发明提供的铋系光催化剂的物相为(BiO)2CO3；本发明对得到的铋系光催化剂进行行扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)扫描分析，结果显示，随着本发明原料和/或反应条件的不同，使得本发明提供的铋系光催化剂的形态为碳酸氧铋纳米片或由所述纳米片形成的微球，实现了对碳酸氧铋光催化剂形貌的控制，所述碳酸氧铋纳米片的厚度约为10nm～80nm，所述由所述碳酸氧铋纳米片形成的微球的直径约为0.2μm～10μm。
本发明对得到的碳酸氧铋光催化剂的催化性能进行了测试，具体过程和结果如下：
在相对湿度优选为40％～80％、氧气含量为15％～25％的条件下，优选将0.1g～0.5g本发明提供的碳酸氧铋光催化剂置于NO连续流中，所述NO的初始浓度优选为400ppb～500ppb，所述NO连续流的气体流量优选为3.0L/min～4.0L/mim，采用两只功率为6W的紫外灯对所述碳酸氧铋光催化剂进行照射，得到其对NO的去除率。实验结果表明，本发明提供的铋系光催化剂对NO的去除率为30％～50％，这说明本发明提供的铋系光催化剂的形貌使得其具有较高的催化活性。
本发明提供一种碳酸氧铋光催化剂及其制备方法，本发明提供的碳酸氧铋光催化剂为碳酸氧铋纳米片或由碳酸氧铋纳米片形成的微球。本发明以铋源和可溶性碳酸盐为原料，将其在水溶液中进行水热反应，得到碳酸氧铋光催化剂，所述铋源为柠檬酸铋或柠檬酸铋氨。本发明以柠檬酸铋或柠檬酸铋氨为铋源，采用水热反应的反应方式，得到形貌不同的碳酸氧铋光催化剂，从而使得本发明提供的碳酸氧铋光催化剂具有良好的形貌可控性。本发明提供的纳米片状的碳酸氧铋有利于其在光催化过程中光生电荷的分离和传输，进而抑制电子和空穴的复合，提高了其光催化性能；本发明提供的由碳酸氧铋纳米片形成的微球，具有层状分级结构，这种结构能够促进反应物和反应产物的扩散传递，并且光线在纳米片之间会产生反射，进而能够提高其对光源的利用率，进一步提高了其光催化性能，从而使得本发明提供的碳酸氧铋光催化剂具有较高的光催化活性。实验结果表明，本发明提供的碳酸氧铋光催化剂对NO的去除率为20％～50％，说明本发明提供的碳酸氧铋光催化剂具有较高的催化活性。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的铋系光催化剂及其制备方法进行详细描述，但不能将他们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将0.23g碳酸钠溶于75mL去离子水中，得到质量浓度为0.3％的碳酸钠溶液，向其中加入1.6g柠檬酸铋，搅拌30分钟后，将得到的混合溶液移入100mL的水热釜中，在180℃下反应24小时。反应结束后，取出反应产物，将反应产物离心、过滤、2次水洗和2次乙醇洗，然后在80℃下烘干得到的固体，得到碳酸氧铋光催化剂。
本发明对得到的碳酸氧铋光催化剂进行XRD分析，结果表明，本实施例制备的碳酸氧铋光催化剂具有稳定和完整的(BiO)2CO3晶型结构；本发明将得到的碳酸氧铋光催化剂进行SEM扫描分析，结果如图1所示，图1为本发明实施例1制备的碳酸氧铋光催化剂的SEM图像，由图1可以看出，本实施例制备的碳酸氧铋光催化剂为纳米片自组装而成的实心层状微球，微球的直径约为3μm～8μm。
本发明研究了得到的碳酸氧铋光催化剂的光催化活性，具体过程如下：在相对湿度为60％，氧气含量为21％的环境中，将0.1g实施例1得到的碳酸氧铋光催化剂置于NO流中，所述NO的初始浓度为450ppb，所述NO流的流量为3.3L/min，采用两只功率均为6W的紫外灯所述碳酸氧铋光催化剂进行照射，计算得到实施例1制备的铋系光催化剂对NO的去除率为44.6％，结果如表1所示，表1为本发明实施例与比较例得到的碳酸氧铋光催化剂的催化性能测试结果。结果表明，本实施例制备的碳酸氧铋光催化剂具有较高的催化活性。
实施例2
将0.46g碳酸钠溶于75mL去离子水中，得到质量浓度为0.61％的碳酸钠溶液，向其中加入1.6g柠檬酸铋，搅拌30分钟后，将得到的混合溶液移入100mL水热釜中，在180℃下反应24小时。反应结束后，将反应产物离心、过滤、2次水洗和2次乙醇洗，然后在80℃下烘干得到的固体，得到碳酸氧铋光催化剂。
本发明对得到的碳酸氧铋光催化剂进行X-射线衍射分析，结果表明，本实施例制备的碳酸氧铋催化剂具有稳定和完整的(BiO)2CO3晶型结构；本发明将得到的碳酸氧铋光催化剂进行TEM扫描分析，结果如图2所示，图2为本发明实施例2制备的碳酸氧铋光催化剂的TEM图像，由图2可以看出，本实施例制备的碳酸氧铋光催化剂为纳米片自组装而成的层状微球，微球的直径约为1μm。
本发明按照实施例1提供的方法研究了本实施例制备的碳酸氧铋光催化剂的光催化性能，结果如表1所示，表1为本发明实施例与比较例得到的碳酸氧铋光催化剂的催化性能测试结果。结果表明，本实施例制备的碳酸氧铋光催化剂具有较高的催化活性。
实施例3
将0.92g碳酸钠溶于75mL去离子水中，得到质量浓度为1.21％的碳酸钠溶液，向其中加入1.6g柠檬酸铋，搅拌30分钟后，将得到的混合溶液移入100mL水热釜中，在180℃下反应24小时。反应结束后，将反应产物离心、过滤、2次水洗和2次乙醇洗，然后在80℃下烘干得到的固体，得到碳酸氧铋光催化剂。
本发明对得到的碳酸氧铋光催化剂进行X-射线衍射分析，结果如图3所示，图3为本发明实施例3制备的碳酸氧铋光催化剂的XRD图谱，由图3可以看出，本实施例制备的碳酸氧铋光催化剂具有稳定和完整的(BiO)2CO3晶型结构；本发明将得到的碳酸氧铋光催化剂进行TEM扫描分析，结果如图4所示，图4为本发明实施例3制备的碳酸氧铋光催化剂的TEM图像，由图4可以看出，本实施例制备的碳酸氧铋光催化剂具有纳米的片状结构，纳米片的厚度约为60nm～70nm。
本发明按照实施例1提供的方法研究了本实施例制备的碳酸氧铋光催化剂的光催化性能，结果如表1所示，表1为本发明实施例与比较例得到的碳酸氧铋光催化剂的催化性能测试结果。结果表明，本实施例制备的碳酸氧铋光催化剂具有较高的催化活性。
实施例4
将1.53g碳酸钠溶于75mL去离子水中，得到质量浓度为2.0％的碳酸钠溶液，向其中加入1.6g柠檬酸铋溶液，搅拌30分钟后，将得到的混合溶液移入100mL水热釜中，在180℃下反应24小时。反应结束后，将反应产物离心、过滤、2次水洗和2次乙醇洗，然后在80℃下烘干得到的固体，得到碳酸氧铋光催化剂。
本发明对得到的碳酸氧铋光催化剂进行X-射线衍射分析，结果表明，本实施例制备的碳酸氧铋催化剂具有稳定和完整的(BiO)2CO3晶型结构；本发明对得到的碳酸氧铋光催化剂进行TEM扫描分析，结果如图5所示，图5为本发明实施例4制备的碳酸氧铋光催化剂的TEM图像，由图5可以看出，本实施例得到的碳酸氧铋光催化剂具有纳米级的片状结构，纳米片的厚度约为70nm～80nm。
本发明按照实施例1提供的方法研究了本实施例制备的碳酸氧铋光催化剂的光催化性能，结果如表1所示，表1为本发明实施例与比较例得到的碳酸氧铋光催化剂的催化性能测试结果。结果表明，本实施例制备的碳酸氧铋光催化剂具有较高的催化活性。
实施例5
将0.46g碳酸钠溶于75mL去离子水中，得到质量浓度为0.61％的碳酸钠溶液，向其中加入1.6g柠檬酸铋，搅拌30分钟后，将得到的混合溶液移入100mL水热釜中，在150℃下反应24小时。反应结束后，将反应产物离心、过滤、2次水洗和2次乙醇洗，然后在80℃下烘干得到的固体，得到碳酸氧铋光催化剂。
本发明对得到的碳酸氧铋光催化剂进行X-射线衍射分析，结果表明，本实施例制备的碳酸氧铋催化剂具有稳定和完整的(BiO)2CO3晶型结构；本发明将得到的碳酸氧铋光催化剂进行SEM扫描分析，结果如图6所示，图6为本发明实施例5制备的碳酸氧铋光催化剂的SEM图像，由图6可以看出，本实施例得到的碳酸氧铋光催化剂为纳米片自组装形成的空心微球，微球的直径约为0.5μm～1μm。
本发明按照实施例1提供的方法研究了本实施例制备的碳酸氧铋光催化剂的光催化性能，结果如表1所示，表1为本发明实施例与比较例得到的碳酸氧铋光催化剂的催化性能测试结果。结果表明，本实施例制备的碳酸氧铋光催化剂具有较高的催化活性。
实施例6
将0.46g碳酸钠溶于75mL去离子水中，得到质量浓度为0.61％的碳酸钠溶液，向其中加入1.6g柠檬酸铋溶液，搅拌30分钟后，将得到的混合溶液移入100mL水热釜中，在210℃下反应24小时。反应结束后，将反应产物离心、过滤、2次水洗和2次乙醇洗，然后在80℃下烘干得到的固体，得到碳酸氧铋光催化剂。
本发明将得到的碳酸氧铋光催化剂进行XRD分析，结果如图7所示，图7为本发明实施例6制备的碳酸氧铋光催化剂的XRD图谱，由图7可以看出，本实施例制备的碳酸氧铋光催化剂具有完整和稳定的(BiO)2CO3晶型结构；本发明将得到的碳酸氧铋光催化剂进行SEM扫描分析，结果如图8所示，图8为本发明实施例6制备的碳酸氧铋光催化剂的SEM图像，由图8可以看出，本实施例制备的碳酸氧铋光催化剂具有纳米级的片状结构，纳米片的厚度约为50nm～60nm。
本发明按照实施例1提供的方法研究了本实施例制备的碳酸氧铋光催化剂的光催化性能，结果如表1所示，表1为本发明实施例与比较例得到的碳酸氧铋光催化剂的催化性能测试结果。结果表明，本实施例制备的碳酸氧铋光催化剂具有较高的催化活性。
实施例7
将0.46g碳酸钠溶于75mL去离子水中，得到质量浓度为0.61％的碳酸钠溶液，向其中加入1.6g柠檬酸铋，搅拌30分钟后，将得到的混合溶液移入100mL水热釜中，在180℃下反应9小时。反应结束后，将反应产物离心、过滤、2次水洗和2次乙醇洗，然后在80℃下烘干得到的固体，得到碳酸氧铋光催化剂。
本发明对得到的碳酸氧铋光催化剂进行X-射线衍射分析，结果表明，本实施例制备的碳酸氧铋催化剂具有稳定和完整的(BiO)2CO3晶型结构；本发明将得到的碳酸氧铋光催化剂进行SEM扫描分析，结果如图9所示，图9为本发明实施例7制备的碳酸氧铋光催化剂的SEM图像，由图9可以看出，本实施例得到的碳酸氧铋光催化剂为纳米片自组装形成的空心微球，微球的直径约为1μm。
本发明按照实施例1提供的方法研究了本实施例制备的碳酸氧铋光催化剂的光催化性能，结果如表1所示，表1为本发明实施例与比较例得到的碳酸氧铋光催化剂的催化性能测试结果。结果表明，本实施例制备的碳酸氧铋光催化剂具有较高的催化活性。
实施例8
将0.46g碳酸钠溶于75mL去离子水中，得到质量浓度为0.61％的碳酸钠溶液，向其中加入1.6g柠檬酸铋，搅拌30分钟后，将得到的混合溶液移入100mL水热釜中，在180℃下反应12小时。反应结束后，将反应产物离心、过滤、2次水洗和2次乙醇洗，然后在80℃下烘干得到的固体，得到碳酸氧铋光催化剂。
本发明对得到的碳酸氧铋光催化剂进行X-射线衍射分析，结果表明，本实施例制备的碳酸氧铋催化剂具有稳定和完整的(BiO)2CO3晶型结构；本发明将得到的碳酸氧铋光催化剂进行SEM扫描分析，结果如图10所示，图10为本发明实施例8制备的碳酸氧铋光催化剂的SEM图像，由图8可以看出，本实施例制备的碳酸氧铋光催化剂为纳米片自组装而成的空心微球，微球的直径约为0.8μm～1.2μm，微球分散均匀。
本发明按照实施例1提供的方法研究了本实施例制备的碳酸氧铋光催化剂的光催化性能，结果如表1所示，表1为本发明实施例与比较例得到的碳酸氧铋光催化剂的催化性能测试结果。结果表明，本实施例制备的碳酸氧铋光催化剂具有较高的催化活性。
实施例9
将0.46g碳酸钠溶于75mL去离子水中，得到质量浓度为0.61％的碳酸钠溶液，向其中加入1.66g柠檬酸铋氨，搅拌30分钟后，将得到的混合溶液移入100mL水热釜中，在180℃下反应24小时。反应结束后，将反应产物离心、过滤、2次水洗和2次乙醇洗，然后在80℃下烘干得到的固体，得到碳酸氧铋光催化剂。
本发明对得到的碳酸氧铋光催化剂进行XRD分析，结果表明，本实施例制备的碳酸氧铋催化剂具有稳定和完整的(BiO)2CO3晶型结构；本发明将得到的碳酸氧铋光催化剂进行SEM扫描分析，结果如图11所示，图11为本发明实施例9制备的碳酸氧铋光催化剂的SEM图像，由图11可以看出，本实施例得到的碳酸氧铋光催化剂具有纳米级的片状结构。
本发明按照实施例1提供的方法研究了本实施例制备的碳酸氧铋光催化剂的光催化性能，结果如表1所示，表1为本发明实施例与比较例得到的碳酸氧铋光催化剂的催化性能测试结果。结果表明，本实施例制备的碳酸氧铋光催化剂具有较高的催化活性。
实施例10
将0.43g碳酸钠溶于75mL去离子水中，得到质量浓度为0.57％的碳酸钠溶液，向其中加入1.66g柠檬酸铋氨，搅拌30分钟后，将得到的混合溶液移入100mL水热釜中，在210℃下反应24小时。反应结束后，将反应产物离心、过滤、2次水洗和2次乙醇洗，然后在80℃下烘干得到的固体，得到碳酸氧铋光催化剂。
本发明将得到的碳酸氧铋光催化剂进行XRD分析，结果如图12所示，图12为本发明实施例10制备的碳酸氧铋光催化剂的XRD图谱，由图12可以看出，本实施例得到的碳酸氧铋光催化剂具有完整和稳定的晶型结构；本发明将得到的碳酸氧铋光催化剂进行SEM扫描分析，结果显示，本实施例制备的碳酸氧铋光催化剂具有纳米级片状结构。
比较例
采用公开号为CN101817555A的中国专利文献公开的方法，制备得到碳酸氧铋光催化剂。
本发明按照实施例1提供的方法研究了本比较例制备的碳酸氧铋光催化剂的催化性能，结果如表1所示，表1为本发明实施例与比较例得到的碳酸氧铋光催化剂的催化性能测试结果。
表1本发明实施例与比较例得到的碳酸氧铋光催化剂的催化性能测试结果
由表1可以看出，在相同的条件下，本发明提供的碳酸氧铋光催化剂对NO的去除率高于比较例制备的碳酸氧铋光催化剂对NO的去除率，说明本发明提供的碳酸氧铋光催化剂具有较高的光催化活性。
由以上实施例可知，本发明提供一种碳酸氧铋光催化剂及其制备方法，本发明提供的碳酸氧铋光催化剂为碳酸氧铋纳米片或由所述碳酸氧铋纳米片形成的微球。本发明提供的碳酸氧铋光催化剂由铋源和可溶性碳酸盐在水溶液中进行水热反应得到；所述铋源为柠檬酸铋或柠檬酸铋氨。本发明以柠檬酸铋或柠檬酸铋氨为铋源，采用水热反应的反应方式，得到碳酸氧铋纳米片状或由碳酸氧铋纳米片自组装形成的层状微球，从而实现对碳酸氧铋形貌的调控，提高了其催化活性。实验结果表明，本发明提供的碳酸氧铋光催化剂在紫外光的照射下对NO的去除率为20％～50％。本发明提供的方法操作简单，无需采用模板，制备条件温和，利于其进行大规模的生产。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种碳酸氧铋光催化剂，为碳酸氧铋纳米片或由碳酸氧铋纳米片形成的微球。
2.根据权利要求1所述的碳酸氧铋光催化剂，其特征在于，所述由碳酸氧铋纳米片形成的微球为由碳酸氧铋纳米片形成的层状微球。
3.一种碳酸氧铋光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
将铋源和可溶性碳酸盐在水溶液中进行水热反应，得到碳酸氧铋光催化剂；
所述铋源为柠檬酸铋或柠檬酸铋氨。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述可溶性碳酸盐为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾或碳酸氢钾。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述铋源与所述可溶性碳酸盐的摩尔比为1∶(0.1～40)。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述铋源与所述可溶性碳酸盐的摩尔比为1∶(1～30)。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述水溶液中所述铋源的摩尔浓度为0.001mol/L～1.0mol/L。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为120℃～250℃。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的时间为3小时～100小时。
10.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的填充度为10％～90％。
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