[發(fā)明專利]一種負(fù)載單質(zhì)鉍的鉍系光催化劑及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010898905.0
• 申請(qǐng)日: 2020-08-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112023912B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王傳義;祝秋會(huì);高婷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 陜西科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/18
• 分類號(hào): B01J23/18;B01J35/00;B01J37/10;B01J37/16;B01D53/86;B01D53/56
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 李鵬威

本發(fā)明一種負(fù)載單質(zhì)鉍的鉍系光催化劑及其制備方法和應(yīng)用，所述方法包括步驟1，將無(wú)機(jī)堿、前驅(qū)物、Bi(NOsubgt;3/subgt;)和還原劑混合均勻，前驅(qū)物為鈦酸四丁酯、四氯化鈦、五氧化二鉭或五氧化二鈮，還原劑為水合肼、硼氫化鈉、葡萄糖或抗壞血酸，前驅(qū)物和Bi(NOsubgt;3/subgt;)的摩爾比為(1?12):1，得到前驅(qū)液；步驟2，先將前驅(qū)液進(jìn)行水熱反應(yīng)10?50h，之后將得到的沉淀物清洗后干燥，得到該光催化劑。鉍單質(zhì)不僅能提高復(fù)合光催化劑對(duì)可見(jiàn)光的利用率，使材料具有良好的SPR效應(yīng)，以調(diào)控所制得材料對(duì)可見(jiàn)光的響應(yīng)能力，能夠促進(jìn)表面光生載流子的分離，大大增強(qiáng)負(fù)載單質(zhì)鉍的鉍系光催化材料在可見(jiàn)光下降解NOsubgt;x/subgt;的反應(yīng)速率和效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及催化劑技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種負(fù)載單質(zhì)鉍的鉍系光催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和機(jī)動(dòng)車輛的不斷增加，人類向大氣中排放的氮氧化物(NO_x)越來(lái)越多，打破了自然界的氮循環(huán)平衡，引起了酸雨、霧霾、光化學(xué)煙霧、臭氧層破壞、溫室效應(yīng)等惡劣的環(huán)境問(wèn)題，而且NO_x中95％為一氧化氮(NO)，同時(shí)當(dāng)NO濃度低于1ppm時(shí)，其與氧氣反應(yīng)速率大大減緩，嚴(yán)重危害生存環(huán)境，而且傳統(tǒng)的方法很難降解空氣中痕量(ppb級(jí))NO_x。

以半導(dǎo)體材料為主導(dǎo)的光催化技術(shù)能將低濃度的NO轉(zhuǎn)化成無(wú)毒產(chǎn)物并減輕其危害。在太陽(yáng)光的作用下利用光催化材料產(chǎn)生的電子與空穴和多種活性氧物種與空氣中的NO發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使其轉(zhuǎn)化成HNO₃、N₂O、HNO₂、N₂等產(chǎn)物，這種方法能夠高效去除低濃度NO且具有成本低廉且環(huán)境友好的特點(diǎn)。但是也存在一些問(wèn)題限制光催化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，例如低的光吸收范圍和高的電子與空穴復(fù)合概率。

將具有表面等離子體共振(SPR)效應(yīng)的金屬顆粒沉積到光催化劑表面不僅能夠擴(kuò)寬光吸收范圍，而且作為電子受體使得半導(dǎo)體光生載流子能夠?qū)崿F(xiàn)有效的分離，降低載流子的復(fù)合概率，是提高光量子效率的常用方法。然而目前主要有Au、Ag、Pt、Pd等貴金屬被廣泛應(yīng)用到光催化領(lǐng)域，存在成本高的缺點(diǎn)，而且大多數(shù)具有SPR效應(yīng)的金屬負(fù)載通常需要兩步以上才能實(shí)現(xiàn)負(fù)載，同時(shí)可見(jiàn)光轉(zhuǎn)化低濃度NO的移除率絕大部分都在65％以下，而且NO₂的生成率較高，這些因素進(jìn)一步限制了其實(shí)際應(yīng)用，因此利用簡(jiǎn)單的方法制備高效的光催化劑進(jìn)一步提高低濃度流動(dòng)相NO移除率是空氣凈化領(lǐng)域的難點(diǎn)之一。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種負(fù)載單質(zhì)鉍的鉍系光催化劑及其制備方法和應(yīng)用，制備方法簡(jiǎn)單、NO轉(zhuǎn)化率高、價(jià)格低廉、廣泛的光響應(yīng)范圍、NO₂產(chǎn)生量低。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種負(fù)載單質(zhì)鉍的鉍系光催化劑的制備方法，包括如下步驟：

步驟1，將無(wú)機(jī)堿、前驅(qū)物、Bi(NO₃)·5H₂O和還原劑混合均勻，前驅(qū)物為鈦酸四丁酯、四氯化鈦、五氧化二鉭或五氧化二鈮，還原劑為水合肼、硼氫化鈉、葡萄糖或抗壞血酸，前驅(qū)物和Bi(NO₃)·5H₂O的摩爾比為(1-12):1，得到前驅(qū)液；

步驟2，先將前驅(qū)液進(jìn)行水熱反應(yīng)10-50h，之后將得到的沉淀物清洗后干燥，得到負(fù)載單質(zhì)鉍的鉍系光催化劑。

優(yōu)選的，步驟1中所述的無(wú)機(jī)堿為氫氧化鉀或氫氧化鈉。

進(jìn)一步，無(wú)機(jī)堿與前驅(qū)物的質(zhì)量比為(0.4-12)：(0.2-6)。

優(yōu)選的，步驟1中的前驅(qū)液中，無(wú)機(jī)堿的濃度為0.1-10M。

優(yōu)選的，步驟1中還原劑與前驅(qū)物的質(zhì)量比為(1.5-10)：(0.2-6)。