CN110697773A - 一种疏松大孔氧化铋纳米材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种疏松大孔氧化铋纳米材料的制备方法，包括配制含有铋酸钠和聚乙烯比咯烷酮的混合溶液，然后滴加浓硝酸进行搅拌混匀得到反应液，再将反应液密封后进行超声波加热处理，反应结束后进行纯化分离得前驱体产物，然后将前驱体产物经焙烧热处理即可制得疏松大孔氧化铋纳米材料。上述技术方案，整个生产工艺简单、操作简便、重复性好、原料价廉易得、适合产业化生产。制得的氧化铋纳米材料呈现大块的海绵状疏松结构，含有大量的孔隙，孔径达到100～300nm，属于大孔纳米材料。
Description
技术领域
本发明涉及半导体纳米催化剂材料制备领域，具体涉及一种疏松大孔氧化铋纳米材料的制备方法。
背景技术
大孔材料作为催化剂在结构上有两大特点：一是孔大，可用于大分子催化；二是孔的开放性好，每个孔彼此相通，构成一个大孔通道网络，有利于大分子在孔道中的传递。对于大分子催化来说，反应物料在催化剂内的扩散往往是控制因素，大孔材料在结构上提供了一个理想的扩散媒介。氧化铋的应用非常广泛，它不仅是良好的有机合成催化剂，而且是电子行业中一种重要的掺杂粉体材料。目前，对于纳米氧化铋材料的研究主要集中在制备超细纳米氧化铋材料，而对于大孔径纳米氧化铋材料的制备鲜有报道。
名称为“一种氧化铋的制备工艺”（专利号：200610118215.9）的中国专利文献记载到如下技术方案：将铋盐化合物溶于少量有机溶剂中；在装有微波发射元件的仪器中进行，反应时间为3～60分钟，反应功率为180～900瓦；将所得产物用水和无水乙醇分别洗涤，先70～100℃干燥，然后500～700℃焙烧，时间为2～4小时。该方法虽然能够有效制得纳米氧化铋，但其制取的纳米材料孔径有限。
发明内容
本发明的目的是提供一种疏松大孔氧化铋纳米材料的制备方法，其制备的氧化铋纳米材料的孔径大，工艺简单、成本低。
本发明采取的技术方案具体如下：
一种疏松大孔氧化铋纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下操作：
配制含有铋酸钠和聚乙烯比咯烷酮的混合溶液，然后滴加浓硝酸进行搅拌混匀得到反应液，将反应液密封进行超声波辅加热处理，反应结束后进行纯化分离得前驱体产物，将前驱体产物经热处理即可制得疏松大孔氧化铋纳米材料。
具体的方案为：
将反应液转至蓝盖瓶中进行密封，然后将蓝盖瓶置于超声波清洗器中进行超声水浴加热反应。
水浴加热反应的温度为25～60℃，时间为10～30min。
混合溶液中按照每1mmol铋酸钠添加1.0～1.2g聚乙烯比咯烷酮的比例进行混合配制。
浓硝酸按照反应液中每1mmol铋酸钠滴加0.1～0.5mL浓硝酸的量进行滴加。
混合溶液中按照每1mmol铋酸钠添加60mL水的比例进行混合配制。
滴加浓硝酸后搅拌混匀10～15min，然后将反应液密封水浴加热反应。
退火处理的温度为400～450℃，时间1～3h。
详细的操作为：退火处理在马弗炉中进行。
纯化分离包括过滤回收沉淀物，然后经洗涤、干燥、研磨的深褐色前驱体产物。
本发明取得的技术效果为：上述技术方案，整个生产工艺简单、操作简便、重复性好、原料价廉易得、适合产业化生产。制得的氧化铋纳米材料呈现大块的海绵状结构，结构疏松，含有大量的孔隙，孔径达到100～300nm，属于大孔纳米材料。
附图说明
图1为实施例1中制备的大孔氧化铋纳米材料的工艺路线流程图；
图2为实施例1中制备的大孔氧化铋纳米材料的X射线衍射分析（XRD）谱图；
图3为实施例1中制备的大孔氧化铋纳米材料的场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)低倍照片；
图4为实施例1制备的大孔氧化铋纳米材料的场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)高倍照片。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。
实施例1
称取1mmol五水铋酸钠NaBiO3·5H2O和1.1g聚乙烯吡咯烷酮（PVP）用60mL去离子水溶解，在搅拌情况下，滴加0.2mL浓硝酸（市售）到反应液中，继续搅拌10分钟；将混合反应液转移到100 mL蓝盖瓶中，密封后将蓝盖瓶置于超声波清洗器中，超声水浴温度设置为30℃，超声加热时间在10分钟，反应结束后，取出自然冷却至室温，沉淀物经过滤、洗涤、干燥、研磨，收集深褐色前驱体；将适量深褐色前驱体置于马弗炉中加热，控制炉温为420℃，加热时间3小时，所得产品即为疏松大孔氧化铋纳米材料。
参见附图1，图1是上述方法制得的大孔氧化铋纳米材料的工艺技术路线，图1表明制备工艺简便，设备简单，重复性好，原料价廉易得，适合产业化生产。
参见附图2，图2是上述方法制得的大孔氧化铋纳米材料的X-射线粉末衍射分析（XRD）谱图。图2中衍射峰峰形强且尖锐谱线峰位与JCPDF标准卡片(41-1449)的所有衍射峰一一对应，指标为单斜相的半导体Bi2O3晶体，空间群P21/c(14)，晶格常数a = 5.85 Å，b =8.17 Å， c = 7.512 Å，α=γ=90°，β=112.98°。图2中的衍射峰强度非常高、峰形尖锐，表明晶体的结晶性非常好。
参见附图3，图3是上述制得的大孔氧化铋纳米材料的低倍场扫描电镜(SEM)照片。从图3中可以看出半导体Bi2O3晶体呈现大块的海绵状结构，结构疏松，含有大量的孔隙，孔径较大，结构均匀。
参见附图4，图4是上述制得的大孔氧化铋纳米材料的高倍场扫描电镜(SEM)照片。从图4中可以看出半导体Bi2O3晶体孔结构互相连通形成通道，孔径达到100~300nm，属于大孔纳米材料。
实施例2
称取1mmol五水铋酸钠NaBiO3·5H2O和1.0g聚乙烯吡咯烷酮（PVP）用60mL去离子水溶解，在搅拌情况下，滴加0.1mL浓硝酸到反应液中，继续搅拌15分钟；将混合反应液转移到100 mL蓝盖瓶中，密封后将蓝盖瓶置于超声波清洗器中，超声水浴温度设置为60℃，超声加热时间在30分钟，反应结束后，取出自然冷却至室温，沉淀物经过滤、洗涤、干燥、研磨，收集深褐色前驱体；将适量深褐色前驱体置于马弗炉中加热，控制炉温为400℃，加热时间3小时，所得产品即为疏松大孔氧化铋纳米材料。
实施例3
称取1mmol五水铋酸钠NaBiO3·5H2O和1.2g聚乙烯吡咯烷酮（PVP）用60mL去离子水溶解，在搅拌情况下，滴加0.5mL浓硝酸到反应液中，继续搅拌20分钟；将混合反应液转移到100 mL蓝盖瓶中，密封后将蓝盖瓶置于超声波清洗器中，超声水浴温度设置为20℃，超声加热时间在20分钟，反应结束后，取出自然冷却至室温，沉淀物经过滤、洗涤、干燥、研磨，收集深褐色前驱体；将适量深褐色前驱体置于马弗炉中加热，控制炉温为450℃，加热时间1小时，所得产品即为疏松大孔氧化铋纳米材料。
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，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本发明中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法，如无特别说明和限定，均按照本领域的常规手段进行实施。
Claims (10)
1.一种疏松大孔氧化铋纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下操作：
配制含有铋酸钠和聚乙烯比咯烷酮的混合溶液，然后滴加浓硝酸进行搅拌混匀得到反应液，将反应液密封进行超声波辅加热处理，反应结束后进行纯化分离得前驱体产物，将前驱体产物经热处理即可制得疏松大孔氧化铋纳米材料。
2.根据权利要求1所述的疏松大孔氧化铋纳米材料的制备方法，其特征在于：将反应液转至蓝盖瓶中进行密封，然后将蓝盖瓶置于超声波清洗器中进行超声波辅助加热反应。
3.根据权利要求1或2所述的疏松大孔氧化铋纳米材料的制备方法，其特征在于：超声波辅助加热反应的水浴温度为25～60℃，时间为10～30min。
4.根据权利要求1所述的疏松大孔氧化铋纳米材料的制备方法，其特征在于：混合溶液中按照每1mmol铋酸钠添加1.0～1.2g聚乙烯比咯烷酮的比例进行混合配制。
5.根据权利要求1或4所述的疏松大孔氧化铋纳米材料的制备方法，其特征在于：浓硝酸按照反应液中每1mmol铋酸钠滴加0.1～0.5mL浓硝酸的量进行滴加。
6.根据权利要求5所述的疏松大孔氧化铋纳米材料的制备方法，其特征在于：混合溶液中按照每1mmol铋酸钠添加60mL水的比例进行混合配制。
7.根据权利要求1所述的疏松大孔氧化铋纳米材料的制备方法，其特征在于：滴加浓硝酸后搅拌混匀10～15min，然后将反应液密封水浴加热反应。
8.根据权利要求1所述的疏松大孔氧化铋纳米材料的制备方法，其特征在于：退火处理的温度为400～450℃，时间为1～3h。
9.根据权利要求8所述的疏松大孔氧化铋纳米材料的制备方法，其特征在于：退火处理在马弗炉中进行。
10.根据权利要求8所述的疏松大孔氧化铋纳米材料的制备方法，其特征在于：纯化分离包括过滤回收沉淀物，然后经洗涤、干燥、研磨的深褐色前驱体产物。
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