[发明专利]一种Bi12TiO20微米球的制备方法及产品

说明书

技术领域

本发明涉及钛酸铋材料的制备方法，尤其涉及一种Bi₁₂TiO₂₀微米球的制备方法及产品。

背景技术

近年来，以半导体氧化物为催化剂的多相光催化技术已成为一种理想的环境污染治理技术以及光照水解制氢等方面的应用得到了极为广泛的研究。其中，二氧化钛因其对化学和生物的惰性、高稳定性、无毒性和低成本等优点，被认为是最具有潜在应用价值的半导体光催化剂。但是二氧化钛的两个固有缺陷限制了它的实际应用：(1)TiO₂的带隙较宽，只能被波长为小于386.5nm的紫外线激发；(2)TiO₂中光激发产生的电子与空穴容易复合，导致其光量子效率极低，极大地影响其光催化活性。

多元复合金属氧化物因其结构和电子结构的多样性，有可能同时具备相应可见光激发的能带结构和高的光生载流子移动性，被作为潜在地高效光催化材料得到了广泛研究。Bi₂O₃和TiO₂复合形成具有多种晶相结构的复合氧化物：Bi₄Ti₃O₁₂、Bi₂Ti₂O₇、Bi₂Ti₄O₁₁、Bi₁₂TiO₂₀、Bi₂₀TiO₂₀等，统称为钛酸铋化合物。研究表明它们也具有半导体光催化剂的特性，其中，Bi₁₂TiO₂₀的光催化活性最强，对多种有机污染物有着较好的降解作用，因此在环境污染方面有着广阔的应用前景。

目前，Bi₁₂TiO₂₀的制备通常采用固相反应法，但是制备得到的Bi₁₂TiO₂₀不仅团聚严重，化学组成也因为高温煅烧过程中的挥发产生偏离，而且难以控制合成的形状。相对于固相反应法，溶胶-凝胶法、共沉淀法、水热法、熔盐法等湿化学方法或半湿化学方法，可以在较低的温度下实现钛酸铋的合成。

如公开号为CN101774638A的中国专利文献公开了一种溶液法自组装Bi₁₂TiO₂₀纳米线的制备方法，以硝酸铋与钛酸四乙酯按摩尔比为(0.5～0.923)：(0.5～0.077)进行配料，配料加入去离子水，用氢氧化钾调节溶液的pH；向制得的溶液中滴加聚乙烯醇溶液，经搅拌和超声分散得到前驱体溶液；前驱体溶液转移至反应釜中，再加入去离子水，在温度为150～190℃，反应1～36h，采用离心分离机从反应物中分离出产物，再经去离子水冲洗及烘干，得到自组装的Bi₁₂TiO₂₀纳米线。

但是以Bi(NO₃)₃为原料，通过水热法制备钛酸铋纳米粉体时，最大的困难在于反应过程中Bi(NO₃)₃发生反应，水解生成BiONO₃，致使水热反应产物中存在大量的Bi₂O₃或焦绿石相Bi₂Ti₂O₇杂相。

发明内容

本发明提供了一种Bi₁₂TiO₂₀微米球的制备方法，首次以柠檬酸铋铵为铋源，无需另外加入表面修饰剂，通过对反应条件的精确调控，制备得到了由纳米颗粒自组装而成的纯相的Bi₁₂TiO₂₀微米球，制备工艺简单、可控。

一种Bi₁₂TiO₂₀微米球的制备方法，包括以下步骤：

1)将钛酸四丁酯与有机溶剂混合得到溶液I，加入过量氨水，进行水解反应，经后处理得到钛的羟基氧化物；

2)将柠檬酸铋铵、钛的羟基氧化物、KOH与水混合，搅拌均匀得到前驱体溶液Ⅱ；

所述前驱体溶液Ⅱ中KOH的浓度为2.5～3.5mol/L，柠檬酸铋氨的浓度为0.1～0.3mol/L，柠檬酸铋铵与钛的羟基氧化物的摩尔比为3.75～4.25:2.75～3.25；