[发明专利]一种蜂窝状多孔氧化铋的制备方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种蜂窝状多孔氧化铋的制备方法，属于半导体功能材料制备技术领域。

背景技术

金属氧化物如氧化钛、氧化锌、氧化铜、氧化铁和氧化铋等是一类重要的半导体材料，它们在磁存储介质、太阳能转换、电子器件和催化等领域里有着广泛应用。丁鹏、Zhang等的研究表明氧化铋可用作光催化剂催化降解各类环境污染物。然而悬浮体系中的氧化铋光催化剂难以沉降分离，导致回收成本增加，随后发展的固定化技术虽然解决了催化剂分离回收的问题，但负载在载体上的催化剂在长期使用过程中容易引起失活，一方面是因为催化剂与载体结合不牢，使用过程中催化剂难免会脱离载体表面，减少了光催化反应活性位的数量；另一方面，催化剂表面会被污染物堵塞，阻碍了被降解物种向反应活性位的扩散，因而导致催化效率降低。

有研究表明，光催化剂的形貌、尺寸和结构不同会直接影响到催化剂的光催化效率。因此，近年来人们试图采用多种方法制备出各种特殊形貌的氧化铋，以期获得较高的比表面积，构筑更多的载体催化中心，从而提高催化性能。如Muruganandham等采用水热反应法成功合成了蜂巢状的梳形和蠕虫形氧化铋光催化剂，并将其用于酸性橙（AO7）染料的降解。

蜂窝结构的氧化铋材料具有光催化活性高、比表面积大、孔隙率高和容易回收等优点，使其在催化领域备受关注。其中，蜂窝结构的多孔网络有利于形成很大的扩散通道，在使用过程中可以抑制被降解物对孔道的堵塞，避免了催化剂的失活，因此，即使被连续循环使用，依然可以保持较高的光催化活性，因此，制备一种蜂窝结构的氧化铋光催化剂，有望为解决光催化技术发展过程中的瓶颈问题提供全新的思路。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是：针对传统方法制备的氧化铋孔隙率低、比表面积不高，在使用过程中，容易被反应物堵塞孔道，从而导致氧化铋催化活性降低，甚至失效的问题，提供了一种蜂窝状多孔氧化铋的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

（1）按质量比为1：8～1：10将五水合硝酸铋与稀硝酸溶液混合，得硝酸铋溶液；

（2）按体积比为2：1～5：1量取步骤（1）所得硝酸铋溶液和尿素溶液，将硝酸铋溶液倒入反应器，于低温搅拌状态下，向反应器中滴加尿素溶液，待滴加结束，继续低温搅拌反应45～60min，再经真空冷冻干燥，得前驱体物料；

（3）按重量份数计，依次取60～80份前驱体物料，10～15份淀粉，8～10份蔗糖，20～40份水，搅拌混合均匀后，于温室中静置发霉，得霉变浆料；

（4）将霉变浆料与乙醇溶液按质量比为1：80～1：100加入发酵罐，再以40～80mL/min速率向发酵罐底部通入空气，持续通入4～6h后，静置发酵2～4h，再以10～30mL/min速率向发酵罐中通入臭氧，持续通入20～30min后，静置10～20min，收集发酵罐表层漂浮物，再经洗涤、干燥和煅烧，即得蜂窝状多孔氧化铋。

步骤（1）所述稀硝酸溶液质量分数为4～6%。

步骤（2）所述尿素溶液质量分数为8～15%。

步骤（2）所述低温搅拌状态为：温度为0℃，搅拌转速为200～400r/min。

步骤（2）所述向反应器中滴加尿素溶液的滴加速率为3～8mL/min。

步骤（4）所述乙醇溶液质量分数为8～10%。

步骤（4）所述发酵罐中，还可以添加霉变浆料质量6～8%的乳化剂OP-10。

步骤（4）所述煅烧条件为：于马弗炉中，以6～8℃/min速率程序升温至300～400℃，保温煅烧2～4h后，随炉冷却至室温。

本发明的有益效果是：

（1）本发明技术方案首先以五水合硝酸铋为铋源，以稀硝酸为溶剂，避免硝酸铋在溶解过程中过度水解而影响产品形貌，再配合尿素溶液为沉淀剂，通过在缓慢滴加尿素的过程中，低温搅拌反应，生成的氢氧化铋晶核可作为体系中水结冰的凝结核，促使体系在低温条件下形成冰水混合物，生成的氢氧化铋晶体可被固定于冰晶中，在真空冷冻干燥过程中，冰晶升华，升华后留下大量孔隙结构，生成多孔结构的氢氧化铋晶体，并以此作为前驱体物料，有利于后期处理过程中产品孔隙率的提高；