[發明專利]一種以多孔陶瓷為載體的光催化器件及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110029811.4
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112675884A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 李燁;劉儒平;趙慧慶;張會靈;肖瑩瑩;王夢珠
• 申請（專利權）人: 北京印刷學院
• 主分類號: B01J27/135
• 分類號: B01J27/135;B01J35/02;B01J35/04;C02F1/30;C02F101/30;C02F101/38
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉瀟

本發明提供了一種以多孔陶瓷為載體的光催化器件及其制備方法和應用，涉及降解水中有機污染物用光催化器件技術領域。本發明提供的光催化器件，包括多孔陶瓷載體以及位于所述多孔陶瓷載體表面和內部微腔孔洞中的TiO₂/BiOCl復合薄膜光催化層。與常規TiO₂光催化相比，本發明提供的以多孔陶瓷為載體的光催化器件，多孔陶瓷載體表面和內部微腔孔洞中的TiO₂/BiOCl復合薄膜光催化層利用了層間空間較大的片狀BiOCl納米粉末摻雜，有利于TiO₂/BiOCl復合薄膜光催化層的光生電子和空穴對的分離，而且可以使吸收帶發生紅移，擴大光響應范圍，提高光催化降解效率和太陽能利用率。催化反應后，器件易于從污水中分離、回收再利用。

技術領域

本發明涉及水中有機物去除用光催化器件技術領域，具體涉及一種以多孔陶瓷為載體的光催化器件及其制備方法和應用。

背景技術

光催化技術廣泛應用于水環境中有機污染物處理。利用太陽能對水中有機污染物催化降解，滿足能源可持續發展需求。在眾多半導體材料中，TiO₂是最常用的光催劑，但TiO₂只有在紫外光照射下才能形成電子-空穴對，太陽能利用率不到5％；而且TiO₂光生電子和空穴易于復合，造成光催化過程中量子產率低，單一的TiO₂光催化劑使用具有局限性，常通過將其他納米材料與TiO₂復合進行改性，如利用層間空間較大的片狀納米材料摻雜，有利于光生電子和空穴的分離，而且可以使吸收帶發生紅移，擴大光響應范圍，提高光催化降解效率和太陽能利用率。此外，增大催化劑的比表面積和孔隙率也是提高光催化效率的另一個有效途徑，催化劑比表面積越大，越能與更多有機污染物結合，加快反應速度，對于同種催化劑，多孔材料比普通材料催化活性可提高幾個數量級。現有光催化材料多數為粉末狀，催化反應后粉狀光催化劑難以分離和循環利用。因此，研發易于分離的多孔光催化器件，增大光催化比表面積，拓寬光催化材料的光響應范圍，提升光催化效率和提高太陽能利用率是有機污染物光催化降解領域的研究熱點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種以多孔陶瓷為載體的光催化器件及其制備方法和應用，較常規TiO₂光催化劑，本發明提供的以多孔陶瓷為載體的光催化器件，包括多孔陶瓷載體以及位于所述多孔陶瓷載體表面和內部微腔孔洞中的TiO₂/BiOCl復合薄膜光催化層，有效降低了電子和空穴的復合幾率，光響應范圍可拓展到可見光，提高了光催化效率，而且器件易于回收再利用。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種以多孔陶瓷為載體的光催化器件，包括多孔陶瓷載體以及位于所述多孔陶瓷載體表面和內部微腔孔洞中的TiO₂/BiOCl復合薄膜光催化層。

優選地，所述多孔陶瓷載體的厚度為30～700μm；所述多孔陶瓷載體的體積密度為0.5～1.6g/cm³，所述多孔陶瓷載體的孔體積為0.5～1.5cm/g，所述多孔陶瓷載體的微腔孔洞的孔徑范圍為150～3500nm。

優選地，所述多孔陶瓷載體表面和內部微腔孔洞中的TiO₂/BiOCl復合薄膜光催化層的厚度為50～1000nm。

所述多孔陶瓷載體表面和內部微腔孔洞中的TiO₂/BiOCl復合薄膜光催化層中的BiOCl質量分數為0.1～6％。

優選地，所述多孔陶瓷載體表面和內部微腔孔洞中的TiO₂/BiOCl復合薄膜光催化層中的片狀BiOCl納米粉末的粒徑范圍為15～900nm；

本發明提供了上述技術方案所述以多孔陶瓷為載體的光催化器件的制備方法，包括以下步驟：