[發明專利]化學腐蝕法原位生長制備高效的硫化鉍?鐵酸鉍復合可見光催化劑及其應用

有效

• 申請號: 201510417625.2
• 申請日: 2015-07-16
• 公開（公告）號: CN105056973B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發明（設計）人: 涂新滿;周仁韜;羅勝聯;代威力;羅旭彪
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: B01J27/04
• 分類號: B01J27/04;C02F1/30;C02F101/38
• 代理公司: 南昌洪達專利事務所36111
• 代理人: 劉凌峰

技術領域

本發明屬于催化劑領域，具體涉及一種化學腐蝕法原位生長制備高效的硫化鉍-鐵酸鉍復合可見光催化劑及其應用。

背景技術

隨著全球化工業的迅猛發展所帶來的能源危機和環境問題已日益突出，尤其環境污染中的有機物污染已嚴重影響到人們的日常生活，因此如何有效的消除對人類有害的有機污染物，已成為科學界關注的焦點。采用半導體基光催化劑是一個非常有前景和環境友好的方式去解決環境中有機污染物。發展一種高效的半導體光催化劑對于將這技術應用于實際生活中尤其重要。遺憾的是，到目前為止，研究最多的光催化劑僅僅停留在紫外可見光光區（如TiO₂），這也就很大的阻礙了其在現實中的運用。因此，在可見光下的高效光催化劑的發展已經成為光催化領域的必然趨勢。

鐵酸鉍晶體作為一種光磁材料，近年來其引起了光催化領域科研工作者的極大重視。由于其在室溫下呈現低的帶隙能和良好的化學穩定性，并具有良好的載流子輸運特性，為其在可見光催化技術方面的運用提供了可能。但其光量子效率仍待加強，以及鐵酸鉍存在光腐蝕性，雖有研究將其進行改性（如離子摻雜，與其它復合材料復合），同時也提高了材料的循環性能。但其可見光催化活性仍有待提高。

近年來，由于Bi₂S₃半導體具有優異的光催化特性，研究者在Bi₂S₃的合成做了大量的研究工作，期望在現有的性能上進一步提高其光催化活性。Bi₂S₃作為一種典型的層狀結構，在條件合適的情況下容易生長成高長徑比的結構，有研究表明，將Bi₂S₃與半導體材料復合能夠提高可見光催化活性。表明Bi₂S₃能夠改善原材料的光生電子空穴對間的復合作用，從而光生電子空穴對更好的分離。此外，硫化鉍較為大的比表面積有利于吸附，同時也可以提高材料的可見光催化性能。

因此，結合鐵酸鉍和硫化鉍材料的各自優勢，利用溶膠凝膠法和化學腐蝕法原位生長制備出硫化鉍-鐵酸鉍復合材料，將該復合材料在可見光下光降解有機污染物孔雀石綠，具有良好的光催化效果，且可以多次循環使用，對可見光技術的發展具有重要的現實指導意義。

發明內容

本發明的目的在于解決當前光催化領域中光催化劑的光生載流子復合率高，量子效率低而開發的一種化學腐蝕法原位生長制備高效的硫化鉍-鐵酸鉍復合可見光催化劑，并將該催化劑應用在可見光催化處理有機污染物方面。

本發明采用的技術方案為；化學腐蝕法原位生長制備高效的硫化鉍-鐵酸鉍復合可見光催化劑，其特征在于包括如下步驟：

（1）以鉍源和鐵源為原料,將二者分別溶解有機溶劑中,直至完全溶解,混合攪拌均勻,獲得其溶膠溶液,繼續攪拌一定的時間，80-100℃下干燥24-48小時，得到凝膠，

（2）研磨后在馬弗爐中500-550℃煅燒3-5小時，冷卻至室溫，研磨后得樣品，待用；

（3）將3份不同量的L-半胱氨酸分別溶解在去離子水中，溶解均勻后，用酸溶液調pH至2-3，將鐵酸鉍樣品以不同量加入到含L-半胱氨酸的溶液中，攪拌一定的時間，轉移至聚四氟乙烯反應罐中，置入不銹鋼反應釜中140-160℃下反應12-24h；

（4）反應后溶液有黑色沉淀，將黑色沉淀離心分離，洗滌，干燥得到不同比例的硫化鉍-鐵酸鉍復合光催化劑。

所述鉍源為硝酸鉍及其水合物，所述鐵源為硝酸鐵及其水合物。

所述的有機溶劑為乙二醇甲醚溶劑。

所述的攪拌一定的時間為0.5-1小時。

所述的酸溶液為pH=2-3稀硫酸溶液，硫源為L-半胱氨酸。

所述的不同比例為硫化鉍和鐵酸鉍的比例為1：2-1：4。

本發明所述硫化鉍-鐵酸鉍復合可見光催化劑的應用在于：將上述所得的催化劑用于水環境中的孔雀石綠的可見光降解，在1小時內去除水中孔雀石綠的98%以上（濃度為20mg/L），并且性能穩定，光催化活性良好，反應后的催化劑可以多次循環利用，在污水治理方面具有重要的意義和良好的發展前景。

本發明提供化學腐蝕法原位生長制備高效的硫化鉍-鐵酸鉍復合可見光催化劑及其應用所具有的優點如下：

（1）具有納米花狀結構，比表面積大，能夠充分與有機污染物接觸；（2）以氙燈為光源，無需外加氧化劑和助劑，可以高效的降解水中有機污染物；（3）催化劑的制備具有很好的可重復性，催化活性高，原料豐富易得，方便工業化推廣。

附圖說明