[發(fā)明專利]一種碳酸氧鉍/海泡石復(fù)合光催化劑及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110132659.2
• 申請(qǐng)日: 2021-01-31
• 公開（公告）號(hào): CN112774706B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉立華;粟剛;匡秋娟;劉星;唐安平;薛建榮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J27/232
• 分類號(hào): B01J27/232;C02F1/30;C02F101/30;C02F101/38
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務(wù)所(普通合伙) 43108
• 代理人: 冷玉萍

本發(fā)明涉及一種碳酸氧鉍/海泡石復(fù)合光催化劑及其制備方法。本發(fā)明先將十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)溶于乙二醇(EG)配制CTAB?EG溶液為模板劑和還原劑，再加入硝酸鉍?硝酸鐵溶液，用強(qiáng)堿溶液調(diào)節(jié)混合液pH值，然后再將純化海泡石加入，充分混合后轉(zhuǎn)入聚四氟乙烯高壓釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)生成形貌可控的多孔碳酸氧鉍/海泡石復(fù)合光催化劑。通過在水熱條件氧化分解EG或CTAB產(chǎn)生碳酸根，并在CTAB的表面活性和模板作用以及海泡石的界面效應(yīng)綜合作用下在海泡石上負(fù)載并生長(zhǎng)碳酸氧鉍，可有效控制其結(jié)構(gòu)和形貌，降低能帶隙和光生載流子的復(fù)合率，提高可見光吸收利用率和對(duì)有機(jī)物的吸附性能，從而提高其光催化降解性能和礦化能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于有機(jī)污染物光催化降解技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種碳酸氧鉍/海泡石復(fù)合光催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)

工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展和人們生活水平不斷提高，導(dǎo)致排放到環(huán)境的有機(jī)污染物日益增多，水環(huán)境污染日益嚴(yán)重。迄今，人們已研發(fā)了多種處理技術(shù)以應(yīng)對(duì)日趨嚴(yán)重的有機(jī)物污染，如吸附、絮凝、電化學(xué)方法、化學(xué)試劑氧化法、臭氧氧化、Fenton氧化、光Fenton氧化和光催化降解等。在眾多的處理方法中，光催化降解可在常溫下利用光能氧化分解有機(jī)污染物，具有降解有機(jī)污染物能力強(qiáng)，降解完全，速度快，無二次污染，特別是可見光催化降解可充分利用自然光源，處理成本低。其中半導(dǎo)體介孔結(jié)構(gòu)光催化材料以其優(yōu)越的多孔結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，利于光的反射和折射，可大大提高對(duì)光的利用率；并且較大比表面積可為污染物分子吸附提供足夠的活性位點(diǎn)和場(chǎng)所，促進(jìn)污染物質(zhì)的高效傳質(zhì)，從而提高污染物催化降解效果，因此，成為環(huán)保工作者研究開發(fā)的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。目前，研究開發(fā)和應(yīng)用最為深入廣泛的光催化劑是二氧化鈦，其具有化學(xué)穩(wěn)定性好、抗化學(xué)污染物能力強(qiáng)、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。但由于其能帶隙高于3.2eV，只有在紫外線(λ≤387.5nm)輻照下才能有效激發(fā)產(chǎn)生電子/空穴對(duì)，且其電子/空穴對(duì)復(fù)合率高，二氧化鈦粉末懸浮在溶液中分離困難等缺點(diǎn)，極大地限制了其推廣應(yīng)用。因此，研發(fā)光利用率高特別是對(duì)可見光的利用、催化降解效果好、價(jià)廉且本身無毒的光催化劑是推進(jìn)光催化降解技術(shù)在有機(jī)污染物處理中應(yīng)用的關(guān)鍵。

近年來，鉍系半導(dǎo)體材料，如BiFeO₃、BiVO₄、Bi₂WO₆、Bi₂MoO₆、BiOX等，由于極化產(chǎn)生的內(nèi)部電場(chǎng)有利于光生電子與空穴的分離，使其具有較高的光催化性能，且由于鉍系化合物無毒，對(duì)環(huán)境的污染小，已成為環(huán)保工作者研發(fā)的重點(diǎn)。其中，碳酸氧鉍(Bi₂O₂CO₃)是典型的Aurivillius-型氧化物，屬于四方體系，具有獨(dú)特的由[Bi₂O₂]²⁺和CO₃^2-層交替構(gòu)成的層狀結(jié)構(gòu)，極化產(chǎn)生的內(nèi)部電場(chǎng)有利于光誘導(dǎo)電子與空穴的分離，從而提高Bi₂O₂CO₃的光催化性能。但其能帶隙值在3.2～3.5eV之間，對(duì)可見光的吸收率低，且光生載流粒子(空穴/電子對(duì))復(fù)合率高、量子效率低，極大地限制了其推廣應(yīng)用。因此，必須采取適當(dāng)?shù)拇胧└纳撇牧系慕Y(jié)構(gòu)與形貌，降低其能帶隙，提高對(duì)光的吸收率和光量子效率以及對(duì)污染物的吸附性能，從而提高對(duì)污染物的光催化降解性能。