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CN112473646B - 一种由多片层花瓣构成的花球状ErBO3光催化剂的制备方法 - Google Patents

一种由多片层花瓣构成的花球状ErBO3光催化剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种由多片层花瓣构成的花球状ErBO3光催化剂的制备方法，采用水热法合成ErBO3粉体，包括以下步骤：S1：在氧化铒中缓慢加入HNO₃溶液，同时进行升温搅拌至氧化铒完全溶解，得到溶液A；S2：将硼酸与水混合加热，得到溶液B；S3：将溶液A与溶液B混合加热，得到溶液C，向冷却后的溶液C中缓慢加入碱性溶液，直至溶液C为弱碱性；S4：将弱碱性溶液C加热反应后，将溶液C中沉淀物从清液中分离并干燥处理，即得到由多片层花瓣构成的花球状ErBO3光催化剂。

Description

一种由多片层花瓣构成的花球状ErBO3光催化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及化学粉体制备领域或光催化剂领域，尤其涉及一种由多片层花瓣构成的花球状ErBO3光催化剂的制备方法。
背景技术
化石能源的不断消耗，使人类面临着能源短缺和环境污染两大问题，而光催化技术具有低成本，环境友好等优点，并且具有同时解决能源与环境问题的潜力，因而引起了研究者的广泛关注。经过科研人员坚持不懈的努力，同时借助于先进的纳米技术和表征方法，光催化技术已经取得了长足的进展。虽然目前已经开发出大量的光催化剂，但是光催化效率仍不能满足重要应用的要求，例如光解水产氢，二氧化碳还原以及空气中污染物的去除等。因此，进一步探索新型高活性光催化剂，研究光催化反应机理，最终提高光催化效率，仍然是一项紧迫的任务和巨大的挑战。
光生电子-空穴对的快速分离与传输是影响半导体材料光催化性能的关键因素。然而，由于载流子分离和迁移限制因素较多，绝大部分载流子在没有来得及到达材料表面，就已经在体内发生复合。因此，如何降低光生载流子的复合率，提高迁移速率，成为探索设计和制备高效光催化材料的主要方向。硼酸盐种类多样，硼氧基元及其不对称结构排布使其产生了大量非中心对称的极性硼酸盐材料，并且硼酸盐化合物的较宽带隙极大可能为紫外光下光催化反应的进行提供更具有氧化能力的空穴和更具有还原能力的电子，这些优势说明硼酸盐材料极大可能会成为高活性的光催化剂材料。然而目前有关硼酸盐光催化反应过程的一些基础理论问题还尚不清晰。因此，系统研究硼酸盐光催化剂的制备工艺及光催化机理，为硼酸盐光催化材料的探索提供新的理论和实验基础，对解决环境污染方面的实际问题同时具有不可忽视的工业化价值。
ErBO3是一种具有高化学稳定性的光电子材料，有关研究主要集中在其作为荧光基质材料方面，而对于其由多片层花瓣构成的花球状粉体的制备及光催化性能的研究则尚未见报道。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种由多片层花瓣构成的花球状ErBO3光催化剂的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种由多片层花瓣构成的花球状ErBO3光催化剂的制备方法，采用水热法合成ErBO3粉体，包括以下步骤：
S1：在氧化铒中缓慢加入HNO3溶液，同时进行升温搅拌至氧化铒完全溶解，得到溶液A；
S2：将硼酸与水混合加热，得到溶液B；
S3：将溶液A与溶液B混合加热，得到溶液C，向冷却后的溶液C中缓慢加入碱性溶液，直至溶液C为弱碱性；
S4：将弱碱性溶液C加热反应后，将溶液C中沉淀物从清液中分离并干燥处理，即得到由多片层花瓣构成的花球状ErBO3光催化剂。
本发明一个较佳实施例中，所述S1中，HNO3溶液加入操作与搅拌操作间隔进行。
本发明一个较佳实施例中，所述S1中HNO3溶液逐滴加入，且滴入时刻相邻的两滴之间进行搅拌操作。
本发明一个较佳实施例中，所述S1的升温搅拌过程中加热温度为40℃-60℃。
本发明一个较佳实施例中，所述S1以及所述S2的升温搅拌过程中使用恒温磁力搅拌器。
本发明一个较佳实施例中，所述S2中硼酸数量与S1中氧化铒数量的摩尔比为定值。
本发明一个较佳实施例中，所述S2中加入硼酸数量越多，则加入的水也相应增多。
本发明一个较佳实施例中，所述S3中溶液A与溶液B混合时，将溶液A与溶液B倒入另外的容器，用水对两个原容器分别进行清洗后，将两个原容器中残余液同时导入混合溶液C中。
本发明一个较佳实施例中，所述S3中调节所述溶液C的pH值至8.0-8.5。
本发明还提供了一种由多片层花瓣构成的花球状ErBO3光催化剂的应用，其特征在于：所述ErBO3光催化剂应用于降解有机污染物。
本发明一个较佳实施例中，所述S4中溶液C固液分离前，需对溶液C进行冷却。
本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：
（1）本发明通过水热法制备ErBO3 ，通过水热法使得溶质在溶液中溶解充分，且通过每滴加一滴硝酸溶液，搅拌3-10分钟后再滴加第二滴硝酸溶液，进一步确保所用硝酸能恰好将氧化铒溶解，过多或过少添加HNO3会影响最后生成粉体的形貌，且本发明采用恒温磁力搅拌器进行加热搅拌，能够确保HNO3的反应充分。
（2）本发明中氧化铒和硼酸的摩尔比为定值，或大或小的比例都会导致最后生成的产物会有其他杂质的存在，比如氢氧化铒；且本发明中混合溶液C需要冷却至室温后方可进行，冷却后能够确保混合液中的固液能够顺利分离，冷却至室温也避免了温度过低破坏固质的结构，确保得到的产物的完整性。
（3）本发明中将硼酸溶液导入氧化铒的硝酸溶液中，则需要用蒸馏水清理烧杯中残留的硼酸容液，残余液同样倒入氧化铒的硝酸溶液所在烧杯中；若反过来，亦之；若另取烧杯盛放二者的混合液，则开始用的两个烧杯都需要清洗，残余液都要导入混合液中，以确保氧化铒和硼酸的摩尔比为定值，从而避免混合溶液C中出现其他杂质。
（4）本发明中向混合溶液C中滴加的碱性溶液，缓慢逐滴加入，使混合液的pH至8.0-8.5并使混合溶液的填充比为60%，只有pH调到弱碱性碱性时，才会生成目标形貌，填充比为60%是为了确保在溶剂内部目标产物生成所需要的压力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
图1是本发明的优选实施例的花球状ErBO3立体结构图；
图2是本发明的优选实施例的RhB溶液的降解率曲线；
图3是本发明的优选实施例的ErBO3XRD数据图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的描述中，“实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”、或“其他实施例”的提及表示结合实施例说明的特定特征、结构或特性包括在至少一些实施例中，但不必是全部实施例。“实施例”、“一个实施例”、或“一些实施例”的多次出现不一定全都指代相同的实施例。如果说明书描述了部件、特征、结构或特性“可以”、“或许”或“能够”被包括，则该特定部件、特征、结构或特性不是必需被包括的。
实施例一：
一种由多片层花瓣构成的花球状ErBO3光催化剂的制备方法，其特征在于，采用水热法合成ErBO3，包括以下步骤：
第一步，称取0.02mol氧化铒药品，称量好之后放入烧杯中，之后将磁转子加入烧杯中，用滴管缓慢逐滴加入3ml HNO3(w=65%)溶液，过程中恒温磁力搅拌器进行加热搅拌，加热温度为40℃，待氧化铒完全溶解，得到澄清溶液A，需要说明的是：每滴加一滴硝酸溶液，搅拌五分钟中在滴加第二滴硝酸溶液，确保所用硝酸能恰好将氧化铒溶解，过多或过少添加HNO3会影响最后生成粉体的形貌。
第二步，称取0.04mol硼酸，需要说明的是，实际上要使氧化铒和硼酸的摩尔比为1:2 ，比例一旦改变，最后生成的产物会有其他杂质的存在，比如氢氧化铒，将0.04mol硼酸置于烧杯，之后将磁转子加入烧杯中，之后加入2ml 去离子水，需要说明的是，若硼酸量多，那加入的水也会增加，以确保硼酸浓度，在烧杯中通过恒温磁力搅拌器加热溶解，待溶液澄清，将转子取出，得到澄清溶液B。
第三步，将上述澄清溶液A以及澄清溶液B混合，需要说明的是，若是将硼酸溶液导入氧化铒的硝酸溶液中，则需要用1ml蒸馏水清理烧杯中残留的硼酸容液，残余液同样倒入氧化铒的硝酸溶液所在烧杯中；若反过来，亦之；若另取烧杯盛放二者的混合液，则开始用的两个烧杯都需要清洗，残余液都要导入混合液中，以确保氧化铒和硼酸的摩尔比为1:2，混合过程也是在恒温磁力搅拌器加热条件下进行的；
待混合溶液冷却后，向混合液中滴加4mol/L的氢氧化钠溶液和去离子水，缓慢逐滴加入，使混合液的pH至8.0并使混合溶液的体积为30mL，需要说明的是：只有pH调到8时，能够生成优质的目标形貌，溶剂体积为30mL是为了确保目标产物生成所需要的压力。
第四步，将调节好的溶液倒入水热釜中，之后放入电热恒温鼓风干燥箱内，升温到180 ℃，保温12 h使样品充分反应，之后冷却至室温后，利用真空抽滤和离心机将沉淀物与清液分离，之后用去离子水清洗沉淀物三次，之后将沉淀物放入干燥箱内，于60 ℃下干燥8h得到目标产物。
实施例二：
采用水热法合成ErBO3粉体，具体操作过程如下：
第一步，称取0.03mol氧化铒药品，称量好之后放入烧杯中，之后将磁转子加入烧杯中，用滴管缓慢逐滴加入4ml HNO3(w=65%)溶液，过程中恒温磁力搅拌器进行加热搅拌，加热温度为50℃，待氧化铒完全溶解，得到澄清溶液A，需要说明的是：每滴加一滴硝酸溶液，搅拌五分钟中在滴加第二滴硝酸溶液，确保所用硝酸能恰好将氧化铒溶解，过多或过少添加HNO3会影响最后生成粉体的形貌。
第二步，称取0.06mol硼酸，需要说明的是，实际上要使氧化铒和硼酸的摩尔比为1:2 ，比例一旦改变，最后生成的产物会有其他杂质的存在，比如氢氧化铒，将0.06mol硼酸置于烧杯，之后将磁转子加入烧杯中，之后加入3ml 去离子水，需要说明的是，若硼酸量多，那加入的水也会增加，以确保硼酸浓度，在烧杯中通过恒温磁力搅拌器加热溶解，待溶液澄清，将转子取出，得到澄清溶液B。
第三步，将上述澄清溶液A以及澄清溶液B混合，需要说明的是，若是将硼酸溶液导入氧化铒的硝酸溶液中，则需要用1ml蒸馏水清理烧杯中残留的硼酸容液，残余液同样倒入氧化铒的硝酸溶液所在烧杯中；若反过来，亦之；若另取水热釜盛放二者的混合液，则开始用的两个烧杯都需要清洗，残余液都要导入混合液中，以确保氧化铒和硼酸的摩尔比为1:2，混合过程也是在恒温磁力搅拌器加热条件下进行的；
待混合溶液冷却后，向混合液中滴加5mol/L的氢氧化钠溶液和去离子水，缓慢逐滴加入，使混合液的pH至8.5并使混合溶液的体积为60mL，需要说明的是：只有pH调到8.5时，能够生成优质的目标形貌，溶剂体积为60mL是为了确保目标产物生成所需要的压力。
第四步，将调节好的溶液倒入水热釜中，之后放入电热恒温鼓风干燥箱内，升温到200 ℃，保温12 h使样品充分反应，之后冷却至室温后，利用真空抽滤和离心机将沉淀物与清液分离，之后用去离子水清洗沉淀物三次，之后将沉淀物放入干燥箱内，于60 ℃下干燥8h得到目标产物。
表征：
采用光降解RhB溶液实验，通过紫外光下罗丹明B降解程度来评估ErBO3的光催化性能，光催化降解实验结果如图2所示。
从图2以及图3中可以看出，ErBO3的光催化活性最高，在300w汞灯下光照20 min后，罗丹明B的降解率达到93.5%，光照25分钟后罗丹明B基本降解完全，该物质光催化效果工业用P25TiO2相当，P25TiO2在相同实验条件下光照25min中后罗丹明B降解完全。
以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。

Claims (4)

1.一种由多片层花瓣构成的花球状ErBO3光催化剂的制备方法，其特征在于：采用水热法合成ErBO3粉体，包括以下步骤：
S1：在氧化铒中缓慢加入HNO3溶液，同时进行升温搅拌至氧化铒完全溶解，得到溶液A；
S2：将硼酸与水混合加热，得到溶液B；
S3：将溶液A与溶液B混合加热，得到溶液C，向冷却后的溶液C中缓慢加入碱性溶液，直至溶液C为弱碱性；
S4：将弱碱性溶液C加热反应后，将溶液C中沉淀物从清液中分离并干燥处理，即得到由多片层花瓣构成的花球状ErBO3光催化剂；
S1中加入的氧化铒和S2中加入的硼酸的摩尔比为1:2；
S1中，HNO3溶液加入操作与搅拌操作间隔进行；
S1中HNO3溶液逐滴加入，且滴入时刻相邻的两滴之间进行搅拌操作；
S1的升温搅拌过程中加热温度为40℃-60℃；
S3中调节所述溶液C的pH值至8.0-8.5。
2.根据权利要求1所述的一种由多片层花瓣构成的花球状ErBO3光催化剂的制备方法，其特征在于：所述S1以及所述S2的升温搅拌过程中使用恒温磁力搅拌器。
3.根据权利要求1所述的一种由多片层花瓣构成的花球状ErBO3光催化剂的制备方法，其特征在于：所述S2中加入硼酸数量越多，则加入的水也相应增多。
4.根据权利要求1所述的一种由多片层花瓣构成的花球状ErBO3光催化剂的制备方法，其特征在于：所述S3中溶液A与溶液B混合时，用水对两个原容器分别进行清洗后，将两个原容器中残余液同时导入混合溶液C中。
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