Summary
Este artículo describe un método sintético para obtener microesferas de oxyiodide de bismuto, que son altamente funcionales para llevar a cabo la remoción fotocatalítica de contaminantes orgánicos, como la ciprofloxacina, en agua bajo irradiación UV-A/visible de la luz.
Abstract
Oxyhalide de bismuto (BiOI) es un material prometedor para fotocatálisis solar-conducido-ambiental. Dado que la estructura física de este tipo de materiales está altamente relacionada con su rendimiento fotocatalítico, es necesario estandarizar los métodos de síntesis para obtener las arquitecturas más funcionales y, por tanto, fotocatalítico más alto eficiencia. Aquí, Divulgamos una ruta fiable para obtener microesferas BiOI mediante el proceso de solvothermal, con Bi (NO3)3 y el yoduro de potasio (KI) como precursores y glicol de etileno como una plantilla. La síntesis está estandarizada en un autoclave de 150 mL, a 126 ° C por 18 h. El resultado en 2-3 μm de tamaño mesoporosos microesferas, con una superficie específica relevante (61,3 m2/g). Acortar los tiempos de reacción en la síntesis de resultados en las estructuras amorfas, mientras que temperaturas más altas conducen a un ligero aumento en la porosidad de las microesferas, con ningún efecto en el rendimiento fotocatalítico. Los materiales son foto-activas bajo irradiación UV-A/visible de la luz para la degradación de la ciprofloxacina antibiótica en el agua. Este método ha demostrado para ser eficaz en las pruebas interlaboratorios, obtención de microesferas de BiOI similares en grupos de investigación mexicanos y chilenos.
Introduction
Una plétora de semiconductores ha sido sintetizada hasta la fecha, con el objetivo de fotocatalizadores con alta actividad bajo irradiación de luz visible, o para degradar compuestos orgánicos para generar energía renovable en forma de hidrógeno1,2. Bismuto oxyhalides BiOX (X = Cl, Br o I) son candidatos para este tipo de aplicaciones debido a su eficiencia fotocatalítica alto bajo luz del sol visible luz o simuladas irradiación3,4. La banda prohibida de energía (Eg) de bismuto oxyhalides disminuye con el aumento del número atómico del haluro; por lo tanto, BiOI es el material con la menor energía de activación (Eg = 1,8 eV)5. Átomos de yoduro, enlazados mediante fuerzas de Van der Waals con átomos de bismuto, crean un campo eléctrico que favorece la migración de los portadores de carga a la superficie del semiconductor, desencadenando el proceso fotocatalítico4,6. Por otra parte, la arquitectura del cristalito tiene un papel crítico en la separa, ción de los portadores de carga. Estructuras altamente orientadas en el plano (001) y 3D (tales como microesferas) facilitan la separación del portador de carga sobre la irradiación, aumentando los procesos fotocatalíticos rendimiento7,8,9 , 10 , 11 , 12. en vista de ello, es necesario desarrollar métodos de síntesis fiables para obtener estructuras que aumentan la actividad de la foto de los materiales de oxyhalide de bismuto.
El método solvothermal es, de lejos, más comúnmente utilizado y estudiado la ruta para obtener BiOI microesferas13,14,15,16. Algunas metodologías usando líquidos iónicos han sido también reportados17, aunque los gastos asociados con estas metodologías pueden ser mayores. Estructura de la microesfera se obtiene generalmente mediante solventes orgánicos tales como glicol de etileno, que actúa como un agente coordinador para formar alcóxidos metálicos, dando por resultado una uno mismo-montaje gradual de [Bi2O2]2 + especies18 , 19. por la ruta solvothermal con glicol de etileno facilita la formación de diferentes morfologías cambiando los parámetros clave en la reacción, tales como temperatura y tiempo de reacción de4,18. Existe un amplio cuerpo de literatura sobre métodos de síntesis para obtener microesferas BiOI, que muestra información contrastante para alcanzar estructuras altamente fotoactivas. Este protocolo detallado se dirige a mostrar un método sintético confiable para obtener microesferas BiOI altamente funcionales en la degradación fotocatalítica de contaminantes en el agua. Pretendemos ayudar a los nuevos investigadores para obtener con éxito este tipo de materiales, evitando los errores más comunes asociados con el proceso de síntesis.
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Protocol
Nota: Por favor lea todas las hojas de datos de seguridad (MSDS) antes de usar los reactivos químicos. Siga todos los protocolos de seguridad con el uso de guantes y una bata de laboratorio. Use gafas de seguridad de protección de rayos UV durante los ensayos de fotocatálisis. Tenga en cuenta que los nanomateriales pueden presentar importantes efectos peligrosos en comparación con sus precursores.
1. preparación de las microesferas de BiOI
- Solución 1, disolver 2,9104 g de nitrato de bismuto pentahidratado (Bi (NO3)3∙5H2O) en 60 mL de etilenglicol en un vaso de vidrio. Para la Solución 2, disolver 0,9960 g de KI en 60 mL de etilenglicol en un vaso de vidrio.
Nota: Es importante disolver completamente las sales inorgánicas en solvente orgánico; puede tomar alrededor de 60 min sonicación puede servir para disolver ambos precursores. - Gota a gota, añada Solución 2 Solución 1 (con un caudal de aproximadamente 1 mL/min). El incoloro 2 solución cambiará a una suspensión de color amarillento. A veces, cuando 2 solución es abruptamente añadido, un color negro puede parecer, debido a la formación del complejo de4– BiI. En tales casos, la síntesis debe abortar y empezó otra vez.
Nota: Material de laboratorio debe ser secada completamente ya que la ocurrencia de agua promueve la precipitación descontrolada de óxido de bismuto (Bi2O3). - Revolver la mezcla, con una velocidad moderada durante 30 min a temperatura ambiente. A continuación, transferir la mezcla a un reactor autoclave de 150 mL. Agitar con cuidado el vaso para quitar la suspensión restante de las paredes laterales. Es posible añadir 1 a 5 mL de etilenglicol para enjuagar los vasos. Asegúrese de cerrar herméticamente el reactor.
Nota: Se debe llenar el autoclave del 40% al 80% de su capacidad para alcanzar las condiciones de presión óptima para la formación de las microesferas de BiOI. Un sello suave del reactor puede resultar en la pérdida de presión, estropeo la síntesis. - Suministro de tratamiento térmico en el reactor en un horno, a temperatura ambiente a 126 ° C, utilizando una rampa de temperatura de 2 ° C/min mantiene la temperatura final de 18 h10. A continuación, enfriar el reactor autoclave a la temperatura ambiente.
Nota: Precalentar el horno ni proporcionar una calefacción rápida ya que estropeará la formación de las microesferas.
PRECAUCIÓN: No induzca el enfriamiento por lavar el autoclave con agua fría, ya que puede causar la deformación de la autoclave. No intente abrir el reactor mientras está todavía caliente, como esto puede resultar en la liberación de gas de yodo.
2. lavar las microesferas BiOI
- Separar el material sólido por decantación y lavado para eliminar el glicol de etileno tanto como sea posible. Preparar un sistema de filtración compuesto por un 0.8 μm filtro papel (grado 5, libre de cenizas) correctamente adherido a las paredes de un embudo de cristal. Conecte a un matraz de Erlenmeyer con un tapón de corcho perforado. Llevar a cabo el paso de filtración por gravedad.
- (Opcional) Al verter la suspensión del reactor en el embudo, utilice agua desionizada para enjuagar el reactor autoclave.
- Lave el producto sólido retenido en el papel de filtro, de un color naranja intenso, varias veces con agua destilada y etanol absoluto (grado técnico). Alternan el solvente de lavado hasta que el lixiviado es incoloro.
Nota: Tenga en cuenta que agua desionizada elimina iones inorgánicos, mientras que el etanol absoluto elimina lo restantes etilenglicol; por lo tanto, deben utilizarse ambos disolventes. - Utilizar agua desionizada en los dos últimos pasos de lavado para eliminar cualquier rastro de etanol absoluto y secar el producto de intenso color naranja a 80 ° C por 24 h. Por último, almacenar el material en botellas de vidrio color ámbar, en la oscuridad, preferiblemente en un desecador.
3. Caracterización de las microesferas de BiOI
- Realizar el análisis de difracción de rayos x del material en polvo, utilizando una fuente de luz Cu-Kα monocroma, con λ = 1.5406 Å, funciona a 30 kV y 15 mA.
- Determinar la superficie específica por el método de Brunauer-Emmett-Teller (BET), mediante la adsorción de N2.
- Los outgas el polvo de las muestras (500 mg) a 80 º c durante la noche antes del análisis. Realizar las mediciones de adsorción de N2 a - 75 º c. Calcular el área superficial específica y el volumen de poro de las isotermas de adsorción.
- Determinar los espectros de reflectancia difusa UV-visible de los materiales utilizando un espectrofotómetro con un accesorio de la mantis religiosa.
- Secar las muestras de polvo, en un horno de laboratorio, a 105 º c durante la noche. Entonces, cuidadosamente puesto 30 mg en el puerto de muestra de los accesorios de la mantis religiosa.
- Irradiar las muestras de polvo con una fuente de luz dentro del rango de 200 a 800 nm para obtener el espectro de absorción de luz del material. Calcular la energía de gap de banda (Eg) usando el espectro de absorción de la muestra.
- Determinar el tamaño secundario de las microesferas de BiOI por microscopía electrónica de barrido.
- Coloca la muestra de polvo en una cinta de carbón y luego en el trozo de microscopio para realizar las observaciones.
- Determinar la composición química de las muestras por análisis de espectroscopía (EDS) de rayos x dispersivo de energía.
4. prueba de actividad fotocatalítica
- Para la solución de prueba, disolver 7,5 mg de ciprofloxacina en 250 mL de agua destilada, para obtener una solución de 30 ppm. Luego, transferir la solución al reactor fotocatalítico de vidrio. Agitar cuidadosamente la solución, con un agitador magnético, manteniendo la temperatura a 25 ° C. Aire burbuja a la solución a 100 mL/min para mantener la saturación de aire.
- Agregar 62,5 mg de fotocatalizador BiOI a la solución de prueba para lograr una concentración de 0.25 g/L. inmediatamente, tomar la primera muestra (8 mL) usando una jeringuilla de cristal. Después de 30 min de agitación en la oscuridad, tomar la segunda muestra y encender la fuente de luz.
- Dado que los experimentos se realizan bajo condiciones de luz UV-A/visible, use una lámpara W 70 en los ensayos de fotocatálisis. Localizar la fuente de luz 5 cm por encima de la photoreactor.
- Tomar muestras de líquido (8 mL) después de 5, 10, 15, 20, 30, 45, 60, 90, 120, 180, 240 y 300 minutos de irradiación. Filtrar todas las muestras retiradas por pasarlos a través de una membrana de nylon de 0,22 μm, para eliminar cualquier partícula sólida del líquido antes del análisis. Almacenar las muestras filtradas en frascos de vidrio ámbar a 4 ° C hasta su análisis.
- Determinar la mineralización de ciprofloxacina analizando la concentración de carbono orgánico total (TOC) en las muestras de líquido durante el proceso fotocatalítico.
- Medir la concentración de carbono total (TC, en mg/L) mediante combustión húmeda a 720 ° C, en presencia de una atmósfera de aire y catalizador de Pt. Bajo tales condiciones, el carbono es oxidado a CO2 y cuantificado en un detector FTIR juntado al dispositivo de TOC.
- Determinar la concentración de carbono inorgánico (IC, en mg/L) mediante la acidificación de las muestras con 1 M de HCl, llevando a la conversión de carbonato y bicarbonato a CO2· H2O, que se cuantifica en el detector FTIR.
- Calcular la concentración de TOC restante en muestras de agua mediante la siguiente ecuación.
Nota: Para evitar interferencias y, por tanto, resultados incorrectos, es muy importante eliminar cualquier rastro de impurezas orgánicas por Limpiar minuciosamente todo el material de vidrio utilizado en la preparación de la muestra. Esto puede justificarse por lavado varias veces con agua caliente. - Calcular el rendimiento de mineralización mediante el agotamiento del carbono orgánico total a lo largo de la reacción según la ecuación:
Aquí, TOCo es la concentración de carbono orgánico total al principio de la irradiación, mientras que el TOC es la concentración de carbono orgánico total en cualquier momento de la reacción fotocatalítica.
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Representative Results
Microestructuras 3D de BiOI con éxito fueron sintetizados por el método sintético propuesto. Esto fue confirmado por las imágenes de SEM que se muestra en la Figura 1a–c. Las microesferas están formadas de estructuras laminares de [Bi2O2]2 +, que están unidas por dos átomos de yodo1. La formación de las microesferas depende de la temperatura y el tiempo del procedimiento de solvothermal, como estos parámetros gobiernan la cristalización de la oxyhalide3,4,5,6. [Bi2O2] 2 + losas comienzan a interactuar con los átomos de yoduro para formar estructuras laminares cuando la temperatura en el enfoque de solvothermal va por encima de 120 ° C1. Luego, en una temperatura más alta o el tiempo de reacción, laminillas están dispuestas al azar para construir las microesferas1,2,3,4,5,6 ,7,8. Cuando se suministró a una temperatura de 130 ° C por 12 h, se observaron estructuras amorfas (Figura 1a), y yoduro no fue completamente asimilado en el enrejado atómico, resultando en la formación de la Bi5O7y material. Entonces, cuando el tratamiento térmico fue de 126 ° C por 18 h, perfectamente en forma estructuras esféricas fueron obtenidas (Figura 1b). Mesoporosos microesferas de BiOI también fueron alcanzadas cuando se realiza un tratamiento de solvothermal a 160 ° C por 18 h (figura 1C). Basado en el análisis de SEM, el diámetro medio de las estructuras se encontró en el rango de 2 a 3 μm.
Análisis por difracción de rayos x indica el predominio de la fase cristalina tetragonal (tabla 1), con una alta exposición de la (110) y (012) planos, según la JCPDS tarjeta 73-2062. Como se formaron microesferas, la orientación de los cristalitos cayeron debido a la uno mismo-montaje de las losas de BiOI en las estructuras 3D, que es comúnmente observado en anteriores trabajos1,2,3,15 , 16 , 17. figura 2 compara los patrones de difracción de rayos x (DRX) de las microesferas de BiOI obtenidos a 126 ° C y 160 ° C con el patrón de DRX de un material de BiOI D 0. De esta información, es posible concluir que la cristalización del material BiOI comienza en las temperaturas sobre 100 ° C y luego, [Bi2O2]+ las losas al azar arreglan para formar microesferas BiOI con ninguna orientación de la fase cristalina.
La superficie específica de las microesferas (61,28 m2/g) fue muy similar al reportado para otros semiconductores típicamente empleados en fotocatálisis, como TiO2 (tabla 1). Una superficie ancha específica puede ser beneficiosa en el proceso fotocatalítico dado que un mayor número de las moléculas orgánicas puede ser adsorbido en la superficie del semiconductor para reaccionar con las especies reactivas del oxígeno (ROS) producidas por los portadores de carga (por ejemplo, •OH, • O2–y H2O2).
El volumen específico de superficie área y poro aumenta con la temperatura y el tiempo de reacción en el tratamiento de solvothermal, de 9,61 m2/g en la fase amorfa a 61,28 m2/g cuando se utilizaron 126 ° C y 18 h. No en el área de superficie específica diferencias significativas cuando se compararon microesferas sintetizadas a 126 y 160 ° C; así, se establecieron 126 ° C por 18 h como las condiciones óptimas de síntesis. Isotermas de tipo IV se obtuvieron en el análisis de la apuesta (figura 3), indicando que las microesferas BiOI materiales mesoporosos. La caracterización óptica de las microesferas dio a conocer su capacidad de ser fotoactivos bajo irradiación de la luz visible, como lo señala el valor de la brecha de banda mostró en la tabla 1.
Se realizó una caracterización química de los materiales por un análisis composicional mediante EDS. La composición de los materiales de BiOI que mantuvo una relación estequiométrica se mantuvo cuando se llevó a cabo la síntesis de solvothermal a baja temperatura (tabla 2). Por otro lado, cuando aumenta la temperatura de la síntesis de solvothermal, la carga de yodo disminuida. Esto puede atribuirse a la inclusión de los átomos de haluro en el enrejado de semiconductores, dando por resultado una cantidad menor de los átomos de haluro en la superficie. Cuando el solvente en la ruta de solvothermal fue cambiado al agua, la asimilación de yodo disminuyó significativamente para obtener Bi5O7I.
Se evaluó la actividad fotocatalítica de las microesferas sintetizadas a 126 ° C y 18 h después de la mineralización de la ciprofloxacina antibiótica en agua pura, bajo irradiación UV-A/visible de la luz. Como puede verse en la figura 4, las microesferas fueron capaces de mineralizar el compuesto antibiótico en agua mediante el proceso fotocatalítico. Está claro cómo fue incapaz de oxidar completamente la molécula orgánica a CO2 (figura 4, azul), mientras que la mineralización podría lograrse, a distintos niveles, usando BiOI como un fotocatalizador fotólisis. Estos resultados demuestran los diseños de los materiales sintetizados totalmente oxidar moléculas orgánicas complejas, como la ciprofloxacina. Se realizó una comparación de la tasa de mineralización mediante el BiOI lavado con etanol y agua (como se indica en el protocolo) y otros materiales de microesferas, que fueron lavados sólo con agua (figura 4, rojo y negro). Se observó cómo el material lavado incompleto era capaz de liberar el carbono orgánico a la solución, interferir con las mediciones de TOC en muestras de agua, así como con el proceso de mineralización.
La liberación de carbono orgánico de fotocatalizador se observó en la primera etapa de los ensayos de fotocatálisis cuando se revuelve en la oscuridad. La figura 5 muestra la tasa de adsorción de la ciprofloxacina en la superficie de las microesferas de BiOI lavadas sólo con agua y aquellos tratados con la mezcla de etanol y agua. Las microesferas se lavan con la mezcla de etanol y agua mostraron algunos adsorción de la molécula orgánica, mientras que la liberación de carbono orgánico fue detectada para el material de lavado sólo con agua. Esto puede explicarse por la limpieza incompleta de los sitios de adsorción sobre el material de BiOI lavadas sólo con agua, resultando en la una mano en la liberación de etileno glicol y por otra parte en la menor adsorción de ciprofloxacina, con la consiguiente caída en la la actividad fotocatalítica.
Figura 1: imágenes de SEM de los materiales. Obtenido en (a) 130 ° C por 12 h, (b) 126 ° C por 18 h y (c) 160 ° C por 18 h. A la izquierda, se muestran imágenes de baja resolución, mientras que el zoom en imágenes se proporcionan en el lado derecho. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: patrones de difracción de rayos x. De (un) D 0 BiOI orientado al (001) material, (b) microesferas de BiOI sintetizadas a 126 ° C por 18 h y (c) BiOI microesferas sintetizadas a 160 ° C por 18 h. Se muestra la pérdida de la orientación de los cristales cuando se obtuvieron microesferas. Los patrones de difracción se comparan con la tarjeta JCPDS de referencia 73-2062. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: isotermas de adsorción de2 N de los materiales de la microesfera de bismuto oxyhalide sintetizado a 126 y 160 ° C y en comparación con 0 D BiOI, orientado en la faceta (001). Isotermas de tipo IV, describir materiales mesoporosos, se muestran en este gráfico. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4: tasa de mineralización de la ciprofloxacina en la fotólisis y fotocatálisis pruebas usando las microesferas BiOI obtenidas con y sin el paso de lavado usando la mezcla etanol-agua. El error experimental se da por las barras de desviación estándar. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5: Total de la concentración de carbono orgánico (TOC) en muestras de agua en el inicio de los experimentos y después de 30 min de agitación en la oscuridad. El error experimental se da por las barras de desviación estándar. La determinación de la TDC se realizó en una muestra de la solución de ensayo después de esta solución hubiera estado en contacto con microesferas BiOI removiendo durante 30 minutos en la oscuridad. En el eje y, CotB se refiere a carbono orgánico en la solución de la prueba, mientras que TOCL representa el contenido de carbono orgánico después de 30 min de agitación en la oscuridad, justo antes de que la luz se enciende. El gráfico muestra cómo el material lavado con etanol y agua (lavado) presenta una adsorción positiva del carbono orgánico de la solución, mientras que el material de lavado sólo con agua (no lavado) expresa una adsorción negativa, que significa la liberación de materia orgánica carbono en la solución. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
| PARÁMETRO | VALOR |
| estructura cristalina | Tetragonal |
| tamaño de cristalito (nm) | 4.12 |
| APUESTA de área (m2/g) | 61.28 |
| diámetro de poro (nm) | 17.7 |
| Por ejemplo, (eV) | 1.94 |
Tabla 1: Caracterización de las microesferas de BiOI sintetizadas por el método propuesto.
| BI (a. %) | O (en el. %) | I (a. %) | |
| BiOI | 33,65 ± 0,86 | 33.59 ± 0.54 | 32.76 ± 0.58 |
| BI5O7 | 40.43 ± 0.21 | 52,37 ± 0,38 | 7.19 ± 0.18 |
| BiOI @ 126ºC | 37.09 ± 0.98 | 38.50 ± 0.35 | 24.41 ± 0.37 |
| BiOI @ 160 º c | 26.81 ± 0.42 | 58.97 ± 0,51 | 14.21 ± 0,46 |
Tabla 2: Composición química de los materiales de BiOI determinado por EDS.
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Discussion
Consideramos la mezcla de los precursores como el paso crítico en la síntesis de solvothermal de las microesferas de BiOI. Un lento goteo de la solución KI en la solución de Bi (NO3)3 (a un máximo de 1 mL/min) es crucial para obtener microesferas mesoporosos, ya que permite la formación lenta y uno mismo-montaje de las losas de [Bi2O2]+ 2 , seguido por la Unión con los átomos de yoduro para formar los laminados BiOI. Las laminillas son los ladrillos de las microesferas en el paso de solvothermal (figura 1). Temperatura y tiempo de reacción son los factores clave en la síntesis de solvothermal ya que las temperaturas altas inicialmente permiten la cristalización de la [Bi2O2]+ las losas y, luego, la disposición de estas placas para crear las microesferas 1 , 3. mesoporosos microesferas se obtuvieron cuando la temperatura se mantuvo por encima de 120 ° C, mientras que las estructuras 3D incompleto se formaron cuando el tiempo de reacción fue inferior a 18 h. Del mismo modo, la asimilación de yodo fue incompleta en una temperatura más baja y menor tiempo de reacción, resultando en materiales deficientes yoduro como el Bi4O5y2 (color amarillo).
El lavado correcto de los materiales de BiOI debe realizarse para obtener fotocatalizadores funcional ya que el glicol de etileno puede prevalecer sobre la superficie del material cuando sólo se lava con agua (incluso con agua caliente). Los restos del glicol de etileno se pueden lanzar en la solución antes de inician las pruebas fotocatalíticas, impiden la degradación y mineralización de ciprofloxacina cuando se enciende la fuente de luz. Es importante tener en cuenta que alcoholes son capaces de elevar el contenido de carbono medido por análisis TOC desproporcionadamente. Por esta razón, es muy importante lavar los materiales alternativamente con etanol y agua. Cuando la concentración de carbono orgánico en el agua aumenta con el proceso fotocatalítico, puede solucionarse recuperando el material y lavándolo con agua caliente y etanol.
El método propuesto puede modificarse en función del tamaño del autoclave. Aquí, Estamos divulgando la síntesis con un reactor Parr de 150 mL; sin embargo, se pueden realizar utilizando una cámara más grande de la reacción de síntesis. Basándonos en nuestra experiencia, reactores Parr de 250 mL pueden utilizarse en la síntesis, dando por resultado un ligero incremento de la superficie específica de las microesferas. Sin embargo, tal modificación no tiene ningún efecto sobre el rendimiento fotocatalítico del material. Es importante considerar que ampliar el método a mayores volúmenes, el mayor volumen de reactores solvothermal en el mercado es de 2.000 mL-requiere más experimentos.
Limitaciones del método propuesto se encuentran en el bajo potencial de escalar a un volumen elevado, dado que los reactores más grandes apenas se encuentran en el mercado. También, como se mencionó anteriormente, las pérdidas de glicol de etileno pueden ocurrir cuando el reactor autoclave no está bien cerrado. Ser conscientes de cualquier filtración de solvente orgánico durante todo el proceso de síntesis para evitar estropear el producto; algunos reactores autoclave están equipados con un manómetro para hacer esta tarea más fácil. En caso de fugas, se puede cerrar el autoclave con el equipo de seguridad adecuado, evitando el enfriamiento del reactor. Cuando este problema se resuelve en las primeras 2 h de la síntesis, todavía pueden obtener microesferas con actividad fotocatalítica aceptable.
Microesferas apenas se forman cuando se utilizan otros disolventes orgánicos (glicerol, metanol, etanol), durante el uso de agua resulta en la menor asimilación de yoduro, conduciendo a la formación de la Bi5O7yo material (color blanco). Un incremento adicional de la temperatura de reacción (por encima de 180 ° C) puede resultar en la reducción química de bismuto al bismuto metálico, que puede ser facilitado por glicol de etileno, actuando como un agente reductor.
Hasta ahora, hay algunos métodos alternativos de informes la síntesis de microesferas BiOI. Por ejemplo, Montoya-Zamora et al.20 realiza precipitación con EDTA, resultando en microesferas irregular con un área de apuesta baja. Por otra parte, la investigación de He et al.21 fue orientada a la síntesis mecánica de BiOI microesferas a temperatura ambiente, logrando cristales orientados con una menor superficie de apuesta que el observado en este estudio. El método sintético propuesto en este trabajo actualmente es utilizado para sintetizar otros oxyhalides bismuto, como BiOCl22 y23de la BiOBr, que han demostrado ser eficientes en la remoción fotocatalítica de contaminantes orgánicos en agua y NOx en el aire20, así como en la evolución de hidrógeno19. La investigación más reciente pretende utilizar oxyhalides bismuto en la reducción de la molécula de CO2 para producir hidrógeno y de hidrocarburos ligeros (fotosíntesis artificial)24. Teniendo en cuenta esa síntesis por el método de solvothermal se ha realizado con éxito con resultados reproducibles en dos diferentes países (México y Chile), se espera que este método puede ampliarse y su aplicación en plantas de tratamiento de agua mejorada.
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Disclosures
Los autores no tienen nada que revelar.
Acknowledgments
Los autores queremos agradecer la Secretaría de Ciencia, Tecnología e Innovación de la Ciudad de México por los recursos proporcionados para llevar a cabo este trabajo a través del proyecto financiado por SECITI/047/2016 y los fondos nacionales de desarrollo científico y tecnológico Chile (FONDECYT 11170431).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Bismuth(III) nitrate pentahydrate | Sigma Aldrich | 383074 | ACS reagent, ≥98.0% |
| Potassium iodide | Sigma Aldrich | 746428 | ACS reagent, ≥98.0% |
| Ethylene glycol | Sigma Aldrich | 324558 | Anhydrous, 99.8% |
| Ethanol | Meyer | 5405 | Technical Grade, 96% |
| Ciprofloxacin | Sigma Aldrich | 17850 | HPLC, ≥98.0% |
| Cary 5000 UV-Vis-NIR spectrophotometer | Agilent | Used for the Band gap determination by the Tauc model. | |
| JSM-5600 Scanning Electron Microscope | JOEL | Used for the SEM images. | |
| Autosob-1 | Qantachrome Instruments | Used for the determination of surface area and pore diameter. | |
| TOC-L Total Organic Carbon Analyzer | Shimadzu | Used for determination of total organic carbon in water samples. | |
| Bruker AXS D8 Advance - X-ray Diffraction | Bruker | Determination of crystal structure and crystallite size |
References
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