[發(fā)明專利]一種核殼結(jié)構(gòu)BiOX@MIL(Fe)光催化劑的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510568017.1
• 申請日: 2015-09-09
• 公開（公告）號: CN105170186B
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發(fā)明（設計）人: 岳馨馨;國偉林;李祥惠;劉中華;張琪穎;劉華;王瑞芹
• 申請（專利權(quán)）人: 濟南大學
• 主分類號: B01J31/26
• 分類號: B01J31/26;B01J35/10;C02F1/30;C02F1/72;C02F101/38
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于廢水處理領(lǐng)域，具體涉及一種核殼結(jié)構(gòu)BiOX@MIL(Fe)光催化劑的制備方法。

背景技術(shù)

近年來，以半導體材料為催化劑的光催化技術(shù)，為我們提供了一種有效治理環(huán)境污染和高效利用太陽能的途徑。光催化技術(shù)可通過半導體光催化材料直接將太陽能轉(zhuǎn)化為化學能或電能，并對環(huán)境中有毒有害有機污染物進行礦化降解，是一種新型的廢水處理技術(shù)，具有處理效率高、工藝設備簡單、操作條件易控制、非選擇性地降解有機污染物、無二次污染等優(yōu)點。但傳統(tǒng)的光催化材料如TiO₂、ZnO、SrTiO₃等僅對紫外光響應，因此具有可見光響應的新型光催化材料成為研究熱點。

國內(nèi)外學者研發(fā)了諸多新型光催化材料，其中鹵氧鉍系BiOX（X=Cl、Br、I）光催化材料引起了人們越來越多的關(guān)注。BiOX是一種新型的具有層狀正方氟氯鉛礦（PbFCl）結(jié)構(gòu)的高活性半導體光催化材料，具有很多優(yōu)異性能，如光催化活性高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、原料易得、制備方法簡單、環(huán)境毒性小、可利用太陽光等。其特殊的鉍氧層與鹵原子之間的內(nèi)在電場結(jié)構(gòu)能夠有效促進電子-空穴對的分離。研究表明盡管BiOX能直接被可見光激發(fā)，但BiOX自身價帶結(jié)構(gòu)很難改變，其對可見光的利用率較低。為提高其光催化性能，人們通過改變其表面性能來提高其可見光的利用率。

金屬-有機骨架材料（metal-organic frameworks，MOFs）是由金屬中心和有機配體形成的一類新型多孔配位化合物，是近年來非常熱門的國際前沿研究領(lǐng)域之一。目前，MIL（Materials of the Institute Lavoisier）系列材料已成為多相催化領(lǐng)域研究最為廣泛的MOFs之一。該材料是由鉻、鐵、鋁或釩等金屬與對苯二甲酸或均苯三甲酸等剛性多齒羧酸配體通過自組裝而成的具有多孔結(jié)構(gòu)的晶體材料，在吸附、分離和催化等方面表現(xiàn)出了優(yōu)異性能。研究發(fā)現(xiàn)，一些鐵基MIL材料（MIL(Fe)）如MIL-53(Fe)和MIL-88B(Fe)等具有良好的光催化活性（Journal of Hazardous Materials, 2011, 190(1-3): 945-951和Advanced Science, 2015, 2(3):1500006）。相對于傳統(tǒng)的氧化物、硫化物等光催化材料，多孔金屬有機骨架材料具有一些優(yōu)異的結(jié)構(gòu)特點：大比表面積使催化反應的反應點增多，多孔結(jié)構(gòu)可以使光激發(fā)產(chǎn)生電子、空穴更容易到達光催化材料表面參加表面化學反應從而提高量子轉(zhuǎn)換效率。

本發(fā)明通過在BiOX表面包覆MIL(Fe)材料制備核殼結(jié)構(gòu)BiOX@MIL(Fe)光催化劑。在可見光照射下，催化氧化降解水中有機污染物。在BiOX表面包覆MIL(Fe)材料，提高BiOX的分散性和光利用率，并充分發(fā)揮MIL(Fe)材料的吸附富集水中有機污染物的性能，同時發(fā)揮BiOX和MIL(Fe)材料之間的協(xié)同催化效應，從而有效提高有機物的降解效率。所以，本發(fā)明為處理有機廢水提供廣闊的前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種核殼結(jié)構(gòu)BiOX@MIL(Fe)光催化劑的制備方法。本發(fā)明所制備的光催化劑具有催化效率高、操作方便、成本低廉、無選擇性、易回收等優(yōu)點。

本發(fā)明的技術(shù)方案是采用溶劑熱法制備納米BiOX，然后將其超聲分散于溶劑中，再采用溶劑熱法在其表面原位包覆MIL(Fe)，制備核殼結(jié)構(gòu)BiOX@MIL(Fe)光催化劑。

所述核殼結(jié)構(gòu)BiOX@MIL(Fe)光催化劑制備方法，包括以下步驟：

（1）BiOX的制備：將1.0 mmol Bi(NO₃)₃?6H₂O溶于15 mL乙二醇中，然后加入1.0 mmol的KCl、KBr和KI中的一種或二種，攪拌均勻后封裝在20 mL的聚四氟乙烯內(nèi)襯反應釜中，160 ℃下反應12 h，冷卻到室溫下，所得產(chǎn)物分別用乙醇、去離子水洗滌數(shù)次，60 ℃干燥；

（2）核殼結(jié)構(gòu)BiOX@MIL(Fe)光催化劑的制備：將一定量BiOX超聲分散于2.0 mL水、乙醇、乙腈或N, N-二甲基甲酰胺（DMF）中，然后逐滴加入一定量含有三價鐵鹽和有機配體的水、乙醇或DMF溶液，磁力攪拌15～60 min；在三頸燒瓶或聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應釜中，25～220 ℃下反應0.7～18 h；冷卻到室溫，離心分離，用水、乙醇或DMF洗滌，最后在60 ℃下干燥24 h。