[发明专利]一种可见光响应型氯氧铋光催化剂的制备及其应用方法

说明书

技术领域

本发明一种可见光响应型氯氧铋光催化剂的制备及应用方法，属于环境化工光催化水处理技术领域，具体涉及一种利用碘离子的结构调节作用，将氯氧铋光催化剂的吸收光谱拓宽到可见光区，以铋酸钠、盐酸和碘化钾为原料制备可见光响应型氯氧铋光催化剂及其应用方法的技术方案。 

背景技术

随着染料工业的发展，其生产废水已成为当前最重要的水体污染源之一。染料污水具有颜色深、成分复杂、COD值较高以及难降解等特点，给生态环境带来严重危害。目前处理染料废水的方法主要有：吸附法、膜分离法、光催化氧化法、电化学氧化法、超声波降解技术等。光催化氧化法具有节能高效、污染物降解彻底等特点。TiO₂是应用最为广泛的光催化剂，但是其较宽的带隙（～3.2 eV）使其只对波长小于387 nm的光产生响应，而对占太阳能45～50%的波长为400～750 nm的可见光却没有响应。氯氧铋（BiOCl）高度各向异性的层状结构便于光生电子空穴的分离，保证了BiOCl良好稳定的光催化活性。但是，宽带隙（～3.4 eV）同样限制了BiOCl对可见光的利用。因此，如何使BiOCl的带隙能降低，从而可更充分有效的利用太阳能成为人们关注的焦点。目前，已有一些增强BiOCl可见光响应活性的相关研究被广泛报道。Xiong等报道了在甘露醇辅助下采用水热法制备了正方形的二维BiOCl纳米片，该催化剂的带隙明显减小（～2.92 eV）。在可见光下该催化剂对罗丹明B表现出良好的光催化活性，催化剂用量为0.5 g·L^-1时，10^-5 mol·L^-1罗丹明B溶液在8分钟内完全降解（RSC Advances, 2011, 1: 1542-1553）。Ye等人通过紫外光的照射将BiOCl的带隙从3.5 eV降低为2.65 eV。这是因为紫外光的照射使BiOCl催化剂体相内形成了氧空位。在可见光照射下，该催化剂对罗丹明B的降解活性比紫外光照射前的催化剂地活性提高了近20倍（Phys. Chem. Chem. Phys., 2012, 14: 82-85）。Chen等人以三氯化铋和硝酸为原料，在l-赖氨酸调整作用下制备了BiOCl（～2.87 eV）光催化剂。窄带隙可能是由于纳米花状的形貌及高暴露的(110)晶面。在λ≥435 nm光源照射50 min后，10 mg·L^-1RhB完全脱色，其降解速率常数达0.1186 min^-1（Catalysis Communications, 2012, 23: 54-57）。 

发明内容

本发明一种可见光响应型氯氧铋光催化剂的制备及应用方法的目的在于针对BiOCl光催化剂带隙宽的问题，提出一种利用碘离子的强还原性及选择性吸附性能，使BiOCl晶体沿特定晶体方向优先生长，并将BiOCl光催化剂的吸收光谱拓宽到可见光区，以铋酸钠、盐酸和碘化钾为原料，通过氧化还原、沉淀、分离、洗涤以及干燥步骤制备得到可见光响应型氯氧铋光催化剂及其应用的方法，该方法充分有效利用太阳能，且能够解决环境污染的问题。 

    本发明一种可见光响应型氯氧铋光催化剂的制备方法，其特征在于是一种利用碘离子的强还原性及选择性吸附性能，使BiOCl晶体沿特定晶体方向优先生长，并将BiOCl光催化剂的吸收光谱拓宽到可见光区，以铋酸钠、盐酸和碘化钾为原料，通过氧化还原、沉淀、分离、洗涤以及干燥步骤制备得到可见光响应型氯氧铋光催化剂的方法，其具体制备步骤为： 

    (1) 将铋酸钠放置于无水乙醇中，在磁力搅拌下分散 1～1.5 h；配制1.2 molL^-1盐酸100 mL，并称取与所配制的盐酸溶液中的氯离子等摩尔量的碘化钾溶于所配制的1.2 molL^-1盐酸溶液中，形成盐酸-碘化钾混合溶液备用； 

    (2) 在磁力搅拌下以8～10分钟滴加1mL的速率将步骤(1)配制好的备用盐酸-碘化钾混合溶液加入到铋酸钠-无水乙醇悬浮液中，搅拌反应时间1.5～2 h，反应温度控制在20～20.5 ℃，制得悬浮溶液备用；

    (3) 将步骤(2)得到的备用悬浮溶液过滤，滤饼用蒸馏水和无水乙醇洗涤三次，然后在40～50 ℃温度下烘干，即制得可见光响应型BiOCl光催化剂。