CN105060341A - 微纳结构氧化铋材料及其制备方法 - Google Patents

微纳结构氧化铋材料及其制备方法 Download PDF

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本发明公开了一种微纳结构氧化铋材料及其制备方法。材料的成分为分子式为Bi2O2.33的非化学计量氧化铋，形貌为非化学计量氧化铋纳米片竖直交联成白木耳状，白木耳状非化学计量氧化铋的比表面积≥26.6m2/g，组成白木耳状非化学计量氧化铋的纳米片的片厚为5～10nm、片高为2～5μm；方法为先使用乙醇和乙二醇配制有机溶剂，再将可溶性铋盐溶于有机溶剂中，得到可溶性铋盐溶液，之后，先将可溶性铋盐溶液密闭反应，得到反应液，再对反应液依次进行固液分离、洗涤和干燥的处理，制得目的产物。它对I-和IO3-离子均有吸附能力，可广泛地应用于对水环境中放射性碘的高效能吸附。

Description

微纳结构氧化铋材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种氧化铋材料及制备方法，尤其是一种微纳结构氧化铋材料及其制备方法。
背景技术
放射性碘作为核裂变链式反应的第一级产物之一，主要包括长半衰期的碘129(半衰期为1.57×107年)和短半衰期的碘131(半衰期为8.05日)。在核能反应堆发生事故时，放射性碘会迅速地溶于水，形成大量的131I-和129I-，其一旦进入人体就会在甲状腺中累积，并最终导致癌症的发生。
由于水环境中放射性碘离子浓度较低，同时还存在着大量的高浓度干扰离子，如氯离子、硫酸根离子、磷酸根离子等，因此，很难实现碘离子被选择性的去除。为此，人们试图采用吸附剂来吸附分离废水中的放射性碘，如题为“SelectiveCaptureofIodidefromSolutionsbyMicrorosette-likedelta-Bi2O3”，ACSApplMaterInterfaces，2014，6(18)，16082-90(“玫瑰状的δ-Bi2O3选择性捕获溶液中的I-”，《美国化学会应用材料及界面》，2014年第6卷第18期第16082～90页)的文章。该文中提及的玫瑰状δ-Bi2O3为微纳米尺度，制备方法为将五水硝酸铋和醋酸胺经水热反应合成为产物。但是，无论是产物，还是其制备方法，都存在着不足之处，首先，产物仅对碘离子(I-)具有较高的吸附能力，最大吸附量可达182.9mg/g，而对碘酸根离子(IO3-)却没有吸附效果；其次，制备方法不能获得既对I-又对IO3-都有吸附能力的产物。
发明内容
本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种对水中放射性I-、IO3-均有良好吸附能力的微纳结构氧化铋材料。
本发明要解决的另一个技术问题为提供一种上述微纳结构氧化铋材料的制备方法。
为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：微纳结构氧化铋材料由氧化铋组成，特别是，
所述氧化铋为分子式为Bi2O2.33的非化学计量氧化铋；
所述非化学计量氧化铋的形貌为其纳米片竖直交联成白木耳状；
所述白木耳状非化学计量氧化铋的比表面积≥26.6m2/g；
所述组成白木耳状非化学计量氧化铋的纳米片的片厚为5～10nm、片高为2～5μm。
为解决本发明的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为：上述微纳结构氧化铋材料的制备方法采用溶剂热法，特别是完成步骤如下：
步骤1，先按照乙醇比乙二醇的体积比为1.8～2.2：1的比例配制有机溶剂，再将可溶性铋盐溶于有机溶剂中，得到0.02～0.06mol/L的可溶性铋盐溶液；
步骤2，先将可溶性铋盐溶液置于150～170℃下密闭反应至少10h，得到反应液，再对反应液依次进行固液分离、洗涤和干燥的处理，制得微纳结构氧化铋材料。
作为微纳结构氧化铋材料的制备方法的进一步改进：
优选地，可溶性铋盐为五水硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)，或氯化铋。
优选地，固液分离处理为离心分离，其转速为8000～10000r/min、时间为2～6min。
优选地，洗涤处理为使用去离子水对分离得到的固态物进行清洗。
优选地，干燥处理为将清洗后的固态物置于50～70℃下烘干。
相对于现有技术的有益效果是：
其一，对制得的目的产物分别使用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪和比表面与孔隙率分析仪进行表征，由其结果可知，目的产物为众多的纳米片竖直交联成白木耳状；其中，纳米片的成分为分子式为Bi2O2.33的非化学计量氧化铋，白木耳状非化学计量氧化铋的比表面积由其氮气吸附-脱附等温曲线测定≥26.6m2/g，组成白木耳状非化学计量氧化铋的纳米片的片厚为5～10nm、片高为2～5μm。这种由非化学计量氧化铋纳米片组装成的目的产物，既由于非化学计量氧化铋的纳米特性而使其具备了吸附水中放射性I-、IO3-的性能，又因纳米片状的非化学计量氧化铋而保证了其具有较大的比表面积和较好的对I-、IO3-的吸附能力，还由于非化学计量氧化铋纳米片竖直交联成白木耳状而进一步地提升了其比表面积和吸附能力，使目的产物具备了优异的对放射性碘的吸附去除能力。
其二，将制得的目的产物作为吸附剂，按照目的产物比待测废水的重量比为1：10000的比例，将目的产物置于待测废水中，其中，待测废水为20mg/L的I-水溶液和20mg/L的IO3-水溶液的混合液，搅拌混合后20min进行固液分离，I-和IO3-的去除率均超过了90％。
其三，制备方法简单、科学、高效。不仅制得了对水中放射性I-、IO3-均有良好吸附能力的目的产物——微纳结构氧化铋材料；还使其具有了在水中同时吸附I-和IO3-的速度快、容量大的性能，更有着简便易行、所需设备少、制备成本低的特点；进而使目的产物极易于广泛地应用于对水环境中放射性碘的高效能吸附。
附图说明
图1是对制得的目的产物使用扫描电镜(SEM)进行表征的结果之一。SEM图像显示出目的产物为纳米片竖直交联成白木耳状。
图2是对制得的目的产物使用透射电镜(TEM)进行表征的结果之一。其中，图2a为目的产物的TEM图像，其表明了目的产物由大量的纳米片组成；图2b为图2a所示目的产物的高分辨率透射电镜(HRTEM)图像，该HRTEM图像里的晶面距离0.87nm与Bi2O2.33中的{004}晶面间距0.87nm相同；图2c和图2d分别为图2a所示目的产物上掉落的Bi2O2.33小薄片的HRTEM图像以及电子衍射图，该HRTEM图像以及电子衍射图中的晶面间距0.272nm对应于Bi2O2.33的(110)和晶面。
图3是对制得的目的产物使用X射线衍射(XRD)仪进行表征的结果之一。XRD谱图证实了目的产物由氧化铋构成。结合图2中的HRTEM图像和电子衍射图，说明目的产物的成分为分子式为Bi2O2.33的非化学计量氧化铋。
图4是对制得的目的产物吸附I-和IO3-的能力使用电感耦合等离子体发射光谱仪进行表征的结果之一。表征的条件为，先将1g的目的产物作为吸附剂，分别置于1000mL不同浓度的含碘水中，搅拌混合后10h进行固液分离，再对吸附液进行表征，由其结果可知，目的产物对I-的吸附量高达284.9mg/g，对IO3-的吸附量高达228.8mg/g。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的描述。
首先从市场购得或自行制得：
乙醇；乙二醇；作为可溶性铋盐的五水硝酸铋和氯化铋。
接着，
实施例1
制备的具体步骤为：
步骤1，先按照乙醇比乙二醇的体积比为1.8：1的比例配制有机溶剂。再将可溶性铋盐溶于有机溶剂中，得到0.02mol/L的可溶性铋盐溶液；其中，可溶性铋盐为五水硝酸铋。
步骤2，先将可溶性铋盐溶液置于150℃下密闭反应14h，得到反应液。再对反应液依次进行固液分离、洗涤和干燥的处理；其中，固液分离处理为离心分离，其转速为8000r/min、时间为6min，洗涤处理为使用去离子水对分离得到的固态物进行清洗，干燥处理为将清洗后的固态物置于50℃下烘干，制得近似于图1和图2所示，以及如图3中的谱线所示的微纳结构氧化铋材料。
实施例2
制备的具体步骤为：
步骤1，先按照乙醇比乙二醇的体积比为1.9：1的比例配制有机溶剂。再将可溶性铋盐溶于有机溶剂中，得到0.03mol/L的可溶性铋盐溶液；其中，可溶性铋盐为五水硝酸铋。
步骤2，先将可溶性铋盐溶液置于155℃下密闭反应13h，得到反应液。再对反应液依次进行固液分离、洗涤和干燥的处理；其中，固液分离处理为离心分离，其转速为8500r/min、时间为5min，洗涤处理为使用去离子水对分离得到的固态物进行清洗，干燥处理为将清洗后的固态物置于55℃下烘干，制得近似于图1和图2所示，以及如图3中的谱线所示的微纳结构氧化铋材料。
实施例3
制备的具体步骤为：
步骤1，先按照乙醇比乙二醇的体积比为2：1的比例配制有机溶剂。再将可溶性铋盐溶于有机溶剂中，得到0.04mol/L的可溶性铋盐溶液；其中，可溶性铋盐为五水硝酸铋。
步骤2，先将可溶性铋盐溶液置于160℃下密闭反应12h，得到反应液。再对反应液依次进行固液分离、洗涤和干燥的处理；其中，固液分离处理为离心分离，其转速为9000r/min、时间为4min，洗涤处理为使用去离子水对分离得到的固态物进行清洗，干燥处理为将清洗后的固态物置于60℃下烘干，制得如图1和图2所示，以及如图3中的谱线所示的微纳结构氧化铋材料。
实施例4
制备的具体步骤为：
步骤1，先按照乙醇比乙二醇的体积比为2.1：1的比例配制有机溶剂。再将可溶性铋盐溶于有机溶剂中，得到0.05mol/L的可溶性铋盐溶液；其中，可溶性铋盐为五水硝酸铋。
步骤2，先将可溶性铋盐溶液置于165℃下密闭反应11h，得到反应液。再对反应液依次进行固液分离、洗涤和干燥的处理；其中，固液分离处理为离心分离，其转速为9500r/min、时间为3min，洗涤处理为使用去离子水对分离得到的固态物进行清洗，干燥处理为将清洗后的固态物置于65℃下烘干，制得近似于图1和图2所示，以及如图3中的谱线所示的微纳结构氧化铋材料。
实施例5
制备的具体步骤为：
步骤1，先按照乙醇比乙二醇的体积比为2.2：1的比例配制有机溶剂。再将可溶性铋盐溶于有机溶剂中，得到0.06mol/L的可溶性铋盐溶液；其中，可溶性铋盐为五水硝酸铋。
步骤2，先将可溶性铋盐溶液置于170℃下密闭反应10h，得到反应液。再对反应液依次进行固液分离、洗涤和干燥的处理；其中，固液分离处理为离心分离，其转速为10000r/min、时间为2min，洗涤处理为使用去离子水对分离得到的固态物进行清洗，干燥处理为将清洗后的固态物置于70℃下烘干，制得近似于图1和图2所示，以及如图3中的谱线所示的微纳结构氧化铋材料。
再分别选用作为可溶性铋盐的氯化铋，重复上述实施例1～5，同样制得了如或近似于图1和图2所示，以及如图3中的谱线所示的微纳结构氧化铋材料。
显然，本领域的技术人员可以对本发明的微纳结构氧化铋材料及其制备方法进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种微纳结构氧化铋材料，由氧化铋组成，其特征在于：
所述氧化铋为分子式为Bi2O2.33的非化学计量氧化铋；
所述非化学计量氧化铋的形貌为其纳米片竖直交联成白木耳状；
所述白木耳状非化学计量氧化铋的比表面积≥26.6m2/g；
所述组成白木耳状非化学计量氧化铋的纳米片的片厚为5～10nm、片高为2～5μm。
2.一种权利要求1所述微纳结构氧化铋材料的制备方法，采用溶剂热法，其特征在于完成步骤如下：
步骤1，先按照乙醇比乙二醇的体积比为1.8～2.2：1的比例配制有机溶剂，再将可溶性铋盐溶于有机溶剂中，得到0.02～0.06mol/L的可溶性铋盐溶液；
步骤2，先将可溶性铋盐溶液置于150～170℃下密闭反应至少10h，得到反应液，再对反应液依次进行固液分离、洗涤和干燥的处理，制得微纳结构氧化铋材料。
3.根据权利要求2所述的微纳结构氧化铋材料的制备方法，其特征是可溶性铋盐为五水硝酸铋，或氯化铋。
4.根据权利要求2所述的微纳结构氧化铋材料的制备方法，其特征是固液分离处理为离心分离，其转速为8000～10000r/min、时间为2～6min。
5.根据权利要求2所述的微纳结构氧化铋材料的制备方法，其特征是洗涤处理为使用去离子水对分离得到的固态物进行清洗。
6.根据权利要求2所述的微纳结构氧化铋材料的制备方法，其特征是干燥处理为将清洗后的固态物置于50～70℃下烘干。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106076246A (zh) * 2016-06-20 2016-11-09 江苏大学 一种具有微纳分级结构的复合除碘材料及制备方法
CN108190952A (zh) * 2018-01-19 2018-06-22 中南大学 Bi2O2.33纳米片的制备方法
CN113231045A (zh) * 2021-05-24 2021-08-10 西南科技大学 一种用于去除放射性碘的复合吸附剂及其制备方法
CN113368809A (zh) * 2021-06-18 2021-09-10 西南科技大学 铋基二氧化硅材料的制备方法及在捕集放射性碘中的应用
US11255792B2 (en) 2016-07-21 2022-02-22 Hewlett-Packard Development Company, L.P. SERS sensor

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1528674A (zh) * 2003-09-29 2004-09-15 中国科学院上海硅酸盐研究所 形貌可控的氧化铋粉体制备方法
CN101565204A (zh) * 2009-05-27 2009-10-28 北京科技大学 一种高比表面积多孔氧化铋粉体的制备方法
CN101748484A (zh) * 2008-12-11 2010-06-23 南京理工大学 一种溶剂热合成纳米氧化铋单晶片的方法
CN101824625A (zh) * 2009-03-05 2010-09-08 南京理工大学 一种从金属铋直接电解控制合成铋系纳米材料的方法
CN102491417A (zh) * 2011-11-30 2012-06-13 江苏技术师范学院 花球形γ-氧化铋粉末的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1528674A (zh) * 2003-09-29 2004-09-15 中国科学院上海硅酸盐研究所 形貌可控的氧化铋粉体制备方法
CN101748484A (zh) * 2008-12-11 2010-06-23 南京理工大学 一种溶剂热合成纳米氧化铋单晶片的方法
CN101824625A (zh) * 2009-03-05 2010-09-08 南京理工大学 一种从金属铋直接电解控制合成铋系纳米材料的方法
CN101565204A (zh) * 2009-05-27 2009-10-28 北京科技大学 一种高比表面积多孔氧化铋粉体的制备方法
CN102491417A (zh) * 2011-11-30 2012-06-13 江苏技术师范学院 花球形γ-氧化铋粉末的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HANGMIN GUAN ET AL.: ""Soft-Chemical Synthetic Nonstoichiometric Bi2O2.33 Nanoflower: A New Room-Temperature Ferromagnetic Semiconductor"", 《J. PHYS. CHEM. C》, vol. 118, 27 October 2014 (2014-10-27) *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106076246A (zh) * 2016-06-20 2016-11-09 江苏大学 一种具有微纳分级结构的复合除碘材料及制备方法
CN106076246B (zh) * 2016-06-20 2018-06-26 江苏大学 一种具有微纳分级结构的复合除碘材料及制备方法
US11255792B2 (en) 2016-07-21 2022-02-22 Hewlett-Packard Development Company, L.P. SERS sensor
CN108190952A (zh) * 2018-01-19 2018-06-22 中南大学 Bi2O2.33纳米片的制备方法
CN108190952B (zh) * 2018-01-19 2020-03-24 中南大学 Bi2O2.33纳米片的制备方法
CN113231045A (zh) * 2021-05-24 2021-08-10 西南科技大学 一种用于去除放射性碘的复合吸附剂及其制备方法
CN113368809A (zh) * 2021-06-18 2021-09-10 西南科技大学 铋基二氧化硅材料的制备方法及在捕集放射性碘中的应用
CN113368809B (zh) * 2021-06-18 2022-01-28 西南科技大学 铋基二氧化硅材料的制备方法及在捕集放射性碘中的应用

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