[發(fā)明專利]一種溴氧鉍薄膜光催化劑的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510072214.4
• 申請日: 2015-02-11
• 公開（公告）號: CN104667951B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 樊彩梅;胡穎媛;毛曉明;張小超;王韻芳;王雅文;侯紅串
• 申請（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號: B01J27/06
• 分類號: B01J27/06;B01J23/18;C02F1/30;C25D9/04;C25C5/02;B01J37/34
• 代理公司: 太原市科瑞達(dá)專利代理有限公司14101
• 代理人: 盧茂春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一種溴氧鉍薄膜光催化劑的制備方法，屬于環(huán)境化工光催化水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以金屬鉍板為陽極，采用電化學(xué)方法制備溴氧鉍光催化劑，并同時在陰極生成納米鉍粉的制備方法；以鉍板、氫氧化鈉、乙二胺四乙酸和溴化鉀為原料固定化溴氧鉍光催化劑及同時生成具有光催化反應(yīng)活性的納米鉍粉的技術(shù)方案。

背景技術(shù)

20世紀(jì)90年代以來，環(huán)境污染的控制和治理成為人類社會面臨和亟待解決的重大問題之一。隨著染料工業(yè)的發(fā)展，其生產(chǎn)廢水已成為當(dāng)前最重要的水體污染源之一。在眾多的染料污水治理技術(shù)中，基于半導(dǎo)體光催化劑的多相光催化氧化反應(yīng)具有室溫條件反應(yīng)、節(jié)能高效、深度礦化凈化、可直接利用太陽光作為光源等特點，而成為一種理想的廢水治理技術(shù)。從實際應(yīng)用及環(huán)境保護(hù)角度來看，半導(dǎo)體光催化材料的固定化將成為發(fā)展的必然方向。

在半導(dǎo)體光催化研究中，TiO₂因其穩(wěn)定、高效、價廉及無毒等性質(zhì)備受研究者的青睞。但是其較大的帶隙能(～3.2eV)限制了其對占太陽能45～50％的波長為400～750nm的可見光的利用。與此相比，溴氧鉍(BiOBr)較低的帶隙能(～2.8eV)及高度各向異性的層狀結(jié)構(gòu)提高了光催化劑的光吸收及光生電子空穴的分離，從而使BiOBr表現(xiàn)出良好的光催化活性。但是，未固定化的BiOBr催化劑使得催化劑與被處理水體的分離及催化劑的重復(fù)利用變得困難。因此，如何實現(xiàn)BiOBr催化劑的固定化成為人們關(guān)注的焦點。目前，已有一些BiOBr固定化的研究被廣泛報道。Liu等采用溶劑熱法將BiOBr固定化在FTO導(dǎo)電玻璃上，所得BiOBr表現(xiàn)出良好的結(jié)晶度，且可有效降解甲基橙(Applied Surface Science,2014,288:369-372)；Li等也在鈦片上通過化學(xué)涂覆法制備了BiOBr薄膜(Thin Solid Films,2014,562:506-512)；Li等先制備了Bi₂O₃薄膜，然后通過化學(xué)反應(yīng)制備了BiOBr薄膜(Applied Catalysis B:Environmental,2015,164:82-91)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明一種溴氧鉍薄膜光催化劑的制備方法的目的在于：針對粉末BiOBr 光催化劑不易與反應(yīng)體系分離的問題，提出一種將BiOBr固定化，并同時生成具有光催化活性的納米鉍粉的方法；以鉍板、氫氧化鈉、乙二胺四乙酸和溴化鉀為原料，通過電化學(xué)方法制備得到固定化的BiOBr薄膜及納米鉍粉。

本發(fā)明一種溴氧鉍薄膜光催化劑的制備方法，其特征在于是一種以金屬鉍板、氫氧化鈉、乙二胺四乙酸和溴化鉀為原料，采用一步電化學(xué)方法制備溴氧鉍薄膜光催化劑，并同時在陰極生成納米鉍粉的制備方法，其具體制備步驟為：

1)將鉍板和鈦板打磨后用乙醇和丙酮清洗，干燥后分別用做陽極和陰極材料；將溴化鉀、乙二胺四乙酸溶解于水中，用5mol·L^-1氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)體系的pH值為8～9，得到反應(yīng)所需電解質(zhì)溶液；

2)以鉍板為陽極，鈦板為陰極，將其置于步驟1)所配電解質(zhì)溶液中；在4V電壓和磁力攪拌下反應(yīng)0.5～1h，反應(yīng)溫度控制在25～25.5℃；兩電極之間的距離保持為5cm；

3)反應(yīng)完成后，在鉍陽極表面形成了BiOBr薄膜，與此同時將陰極鈦板上生成的黑色鉍粉過濾，洗滌，然后在40～50℃溫度下烘干，即制得具有光催化活性的納米鉍粉，所得產(chǎn)物均可有效降解有機(jī)污染物甲基橙，在氙燈照射下，甲基橙的降解率均可達(dá)到99％以上。

上述一種溴氧鉍薄膜光催化劑的應(yīng)用方法，其特征在于將所制備的BiOBr薄膜及納米鉍粉應(yīng)用于降解水中有機(jī)物，特別是水中微量有毒有害難降解有機(jī)物甲基橙的處理，具體降解步驟為：

步驟1：準(zhǔn)確稱取10mg的甲基橙固體，將其溶于蒸餾水中，并定容至1000mL，制得10mg·L^-1的甲基橙溶液；

步驟2：用移液管準(zhǔn)確移取50mL步驟1得到的甲基橙溶液至反應(yīng)器中，以BiOBr薄膜或納米鉍粉為光催化劑，反應(yīng)體系溫度控制在30～30.5℃，在暗光下先吸附1～1.5h，使其達(dá)到吸附脫附平衡；

步驟3：以350W氙燈作為光源，將步驟2所得溶液在光照下進(jìn)行光催化降解反應(yīng)，每間隔30～60min時間取樣，并用紫外-可見分光光度法測量甲基橙溶液的吸光度并計算其轉(zhuǎn)換率。

本發(fā)明一種溴氧鉍薄膜光催化劑的制備方法，其優(yōu)點為：