[发明专利]一种BiOCl/蒙脱石复合光催化材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于环境功能材料领域，具体涉及一种BiOCl/蒙脱石复合光催化材料及其制备方法和应用。

背景技术

据估算，全世界范围内可商业应用的染料超过10万种，而产生的染料废水排放量每年超过70万吨，许多染料都具有毒性、甚至致癌性，会对水体生物构成严重威胁。并且，由于染料大都属于难降解的有机化合物，其化学结构复杂，常规活性污泥中难以被细菌吞噬破坏，致使普通的生化处理出水往往难以达到排放标准。物理化学方法，如：泡沫气浮法、物理化学吸附法、电解凝聚法、化学氧化还原法、光催化氧化法等，这些方法已经被大量研究者应用到染料的废水处理。传统的吸附法与新兴的低碳绿色的光催化的结合，发挥协同作用，已经得到越来越多的重视，而作为一种具有高效快捷、操作简单、成本低廉等优点的环境功能材料，随着科研和实践的不断发展，它必将在未来染料废水的处理领域中得到广泛的应用。

决定吸附法工业应用的关键是开发出高效吸附剂。近年来，国内外学者的研究重点逐步由活性炭转向天然的廉价固体吸附材料，目前已进行了吸附性能研究和评价的材料有沸石、硅藻土、粘土矿物、生物质碳、几丁质和壳聚糖等。活性炭是一种有效的吸附剂，但价格昂贵，限制了其广泛应用；而蒙脱石作为地球上资源最丰富的粘土矿物之一、比表面积大，已被公认为一种高效廉价的吸附剂。而BiOCl由于它的稳定性好，具有合适的能带宽度，因而在净化有机污染物方面表现出高的光催化性能，必将得到广泛的应用。然而，目前纯BiOCl因其吸附能力的有限性而导致其光催化效果不佳，因此需要进一步改性以增强BiOCl复合体的吸附能力。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种BiOCl/蒙脱石复合光催化材料(BiOCl-Mt)的制备方法。

本发明的第二个目的，在于提供上述制备方法获得的BiOCl/蒙脱石复合光催化材料。该复合光催化材料在光催化降解过程中，能有效抑制光生电子与光生空穴的复合，延长光生电子与光生空穴单独存在的寿命。

本发明的第三个目的，在于提供上述BiOCl/蒙脱石复合光催化材料的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种BiOCl/蒙脱石复合光催化材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)用盐酸和去离子水作溶剂，配制浓度为1.0～5.0wt％的钠基蒙脱石(简称Na-Mt)悬浊液和浓度为3.0wt％的Bi(NO₃)₃溶液各100mL，然后在搅拌条件下，将Bi(NO₃)₃溶液加入到钠基蒙脱石悬浊液中，超声30min～1.5h，后将反应液pH值调节为2，搅拌反应8～16h，便得到混合悬浊液；

(2)将步骤(1)获得的混合悬浊液离心后取沉淀，沉淀洗涤后烘干、研磨、过200目筛，得到所述BiOCl/蒙脱石复合光催化材料。

步骤(1)所述的钠基蒙脱石悬浊液和Bi(NO₃)₃溶液的pH值均为0。

步骤(1)中用氨水调节反应液pH值。

步骤(1)所述Bi(NO₃)₃溶液以2～5mL/min的速度加入到钠基蒙脱石悬浊液中。

步骤(2)所述的洗涤指用去离子水和无水乙醇分别各洗涤三次。

步骤(2)所述的烘干温度为80℃。

步骤(2)所述的烘干时间为8～10h。

上述制备方法获得的产物就是BiOCl/蒙脱石复合光催化材料。

通过阴、阳离子染料的降解试验证实，上述BiOCl/蒙脱石复合光催化材料可以在处理染料废水中推广应用。

蒙脱石粘土矿物的主要化学成分是SiO₂、Al₂O₃、MgO，还有少量Fe₂O₃等氧化物。蒙脱石的吸附性能与蒙脱石的物理结构和化学结构密切相关，本发明将其与具有优良光催化性能的BiOCl光催化材料进行复合，即通过特殊的合成方法制得具有优良光催化性能的BiOCl-Mt复合材料。而BiOCl-Mt在快速吸附的同时可以快速对染料分子进行光催化降解，这样，不仅有效去除污染，而且可实现真正的低碳环保。这种复合光催化材料对染料的吸附-光催化降解机理，经过系统研究表明，BiOCl-Mt材料和染料分子之间的作用力，主要是静电引力(离子交换)与氢键；其光催化降解机理主要是空穴氧化作用。