[發明專利]一種t-Se棒負載BiOCl超薄片復合光催化劑的制備及其應用

有效

• 申請號: 201711019049.1
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107790156B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發明（設計）人: 黃海;馬長暢;朱志;汪濤;姚鑫;于洋;閆永勝
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B01J27/06
• 分類號: B01J27/06;B01J35/02;C02F1/30;C02F101/38
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本發明公開了一種t?Se棒負載BiOCl超薄納米片復合光催化劑的制備方法，屬于環境材料制備技術領域。具體步驟以去離子水為溶劑加入氯化鎘和甲基丙烯酸，攪拌后調節溶液的pH值，再注入由硒粉和硼氫化鈉溶解于去離子水后的上清液，通氮氣，然后將溶液倒入三口燒瓶中加熱，自然冷卻，離心，洗滌干燥，得到CdSe量子點。再將BiOCl前驅液與CdSe量子點在甘露醇溶液中混合攪拌后，倒入反應釜，水熱反應一定時間后，自然冷卻至室溫，開釜離心洗滌干燥，烘干得復合光催化劑。本發明所述的復合光催化劑，能夠有效利用可見光在抗生素廢水中降解鹽酸四環素，操作簡便，是一種綠色環保的高效處理技術。

技術領域

本發明屬于環境材料制備技術領域，具體涉及t-Se棒負載BiOCl超薄片復合光催化劑的制備及其應用。

背景技術

四環素類抗生素作為一類以都有相同化學結構而得名的廣譜抗生素，對治療家畜細菌性腹瀉和畜禽呼吸系統疾病有很好的效果，而且對低濃度的長期用藥可促進生長、增加產蛋量和促進乳汁分泌。但是，隨著人們對抗生素的了解逐漸深入，其用于動物和食品生產受到廣泛質疑。人們發現在此應用中細菌的抗性也明顯提升，加之容易引起二重感染、過敏反應、影響牙齒及骨骼生長和損害肝臟等不良反應，已經直接影響到了生態和人類的健康，而大部分的四環素會隨糞便排出，污染水源。因此合理有效地處理生活、生產中的四環素殘留是我們亟待解決的難題。雖然許多專家學者通過物理、化學和生物等多種方法在去除環境中四環素殘留的問題上取得了很大進展，并應用較為廣泛，但在實際應用中處理率較低，易造成二次污染。目前，光催化技術已廣泛應用研究于環境中的廢水處理的技術，具有降解效果好、無二次污染等優點。

BiOCl作為一種新型光催化劑，具有特殊的層狀結構和能帶結構從而表現出優異的光催化降解性能和無機重金屬離子反應活性，但是由于其較寬的禁帶寬度，BiOCl只能被紫外光所激發，嚴重地限制了其在實際應用中的潛能。目前，BiOCl的改性主要是形貌控制、晶面暴露、金屬表面沉積、鹵素離子自摻雜、金屬離子摻雜以及構建異質結等。而通過將二維BiOCl厚度控制到原子級別，不僅可以增大比表面積，而且可以在其表面形成大量缺陷結構，以此來捕獲更多的紫外以及可見光能量，最重要的是其電子能級的變化有助于實現對于可見光的響應。此外，隨著厚度的降低，由BiOCl層狀結構而形成的內部電場強度得到明顯增強，使得內部電子更易遷移至表面晶體結構。但是較低的載流子和量子效率仍然制約著超薄BiOCl的實際應用。而通過合理地構建半導體異質結結構可以有效地實現電子空穴的有效分離繼而提升整個系統的量子效率。例如He等報道，利用多步水熱法合成了BiOCl/BiVO₄p-n型異質結，由于異質結的形成促進了光生載流子的分離和傳輸，在染料甲基橙降解上遠遠優于單獨BiOCl和BiVO₄的降解性能(Zhiqiao He,Yuanqiao Shi,Chao Gao,LinaWen,Jianmeng Chen,and Shuang Song,BiOCl/BiVO4p-n Heterojunction with EnhancedPhotocatalytic Activity under Visible-Light Irradiation J.Phys.Chem.C,2014,118,389-398)。而Ning等則運用一步水熱法就合成了Bi₃O₄Cl/BiOCl異質結，所合成的復合光催化劑可見光光降解效率同樣遠遠優于單體(Yaowen Gao,Zhuoyue Zhang,Simiao Lia,Jin Liu,LinyuYao,Yixi Li,Hui Zhang,Insights into the mechanism ofheterogeneous activation of persulfate with a clay/iron-based catalyst undervisible LED light irradiation,Appl.Catal.B:Environ.,2016,185,203-212)。雖然這兩種異質結都表現出了不俗的光降解能力，但是BiOCl本身并未被可見光所激發，限制了其光催化性能的有效開發。而t-Se納米棒作為一種有著良好前景的元素半導體光催化劑，其尺寸大小以及自身能帶結構都與BiOCl相匹配，通過將其與BiOCl復合構筑異質結可以有效地抑制電子-空穴的復合，全面提升BiOCl光催化降解效能。但溶液中Se的存在形式大都是α-Se，合理的將其轉化為t-Se成為了合成中的關鍵步驟，本發明通過利用事先合成的CdSe量子點加入到BiOCl的前驅液中，在表面活性劑PVP存在的環境下將量子點轉化為小尺寸的t-Se納米棒。