[发明专利]碘氧化铋/多孔二氧化钛复合光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种碘氧化铋/多孔二氧化钛复合光催化剂及其制备方法和应用。属于光催化领域。采用的技术方案是：将硝酸铋分散在乙二醇中，加入碘化钾，持续搅拌，然后加入多孔二氧化钛微球，并加入超纯水，室温条件下持续搅拌1‑3h，将所得产物洗涤、干燥，得到碘氧化铋/多孔二氧化钛复合光催化剂。本发明通过简单的水热方法合成一种多孔的二氧化钛微球，这种微球不仅比表面积大且尺寸均一，更利于对光的散射。用这种微球合成的碘氧化铋/多孔二氧化钛复合光催化剂具有较宽的光谱响应范围，在可见光下具有高效的光催化活性，同时兼具适用性广以及稳定性好的特点，工艺简单，易于操作，且成本低廉。

技术领域

本发明涉及一种新型光催化材料，属于光催化技术，基于半导体异质结构的作用原理，将碘氧化铋与多孔二氧化钛微球复合，得到了具有半导体异质结构的高效复合光催化剂，这种催化剂可应用于土壤与水体中有机污染物的处理等领域。

背景技术

现代工业和经济的飞速发展，对环境造成的负面影响也日趋严重，环境中难降解的有机污染物已经成为环境治理中的一个焦点问题。对于分子量数以万计的有机污染物来说，常用的生化法处理存在一定困难。自从1972年Fujishima和Honda在n型半导体二氧化钛单晶电极上光电催化分解水制氢气以来，光催化技术作为一种新型的方法，引发了人们极大地关注。通常，对于半导体来说，接收到光子能量等于或高于半导体吸收阈值的光照时，半导体的价带(VB)电子会发生带间跃迁，即从价带跃迁到导带(CB)，从而产生光生电子和空穴。这些光生电子和空穴诱导了一系列有机污染物的反应，可对有机污染物实现分解和净化。目前用于光催化降解的半导体材料主要有TiO2、ZnO、CdS、Cu2O、ZnS、BiVO4等，其中TiO2由于具有生物惰性、强氧化能力、无毒和无光腐蚀等特点，成为应用最广泛的光催化剂。但是实现TiO2的实际应用存在几个关键的技术难题，例如TiO2固有带隙宽度较宽(3.2eV)，只能被紫外光(<380nm)所激发，故其本身对于可见光和太阳光的利用效率并不高。此外，TiO2由于内部光生电子和空穴的复合率较高或受到能带结构的限制，常常无法作为高效催化剂在实际问题中应用。

发明内容

本发明的目的在于针对传统二氧化钛催化性能不足，提供一种制备方法简单，对可见光响应强、光催化氧化分解能力高的碘氧化铋/多孔二氧化钛复合光催化剂。

本发明提供的可催化降解有机污染物的碘氧化铋/多孔二氧化钛复合光催化剂，是由碘氧化铋和二氧化钛微球构成，化学式是BiOI/TiO2。本发明，构筑了碘氧化铋/二氧化钛异质结构，所得到的复合光催化剂具有较宽的光谱响应范围，在可见光下具有高效的光催化活性，同时兼具适用性广以及稳定性好的特点。

本发明采用的技术方案是：碘氧化铋/多孔二氧化钛复合光催化剂，制备方法包括以下步骤：

1)制备多孔二氧化钛微球：搅拌下，将钛酸四丁酯加入到乙二醇中，搅拌的同时向体系输送氮气；持续搅拌20-30h后，将混合液倒入含有超纯水的丙酮中，搅拌10-20分钟，然后静置陈化15-20h，收集产物；产物分散在超纯水中，转移至高压反应釜中，反应10-15h；自然冷却至室温后，过滤，洗涤、干燥，得到多孔二氧化钛微球；

2)制备碘氧化铋/多孔二氧化钛复合光催化剂：将硝酸铋分散在乙二醇中，加入碘化钾，持续搅拌，然后加入多孔二氧化钛微球，并加入超纯水，室温条件下持续搅拌1-3h，将所得产物洗涤、干燥，得到碘氧化铋/多孔二氧化钛复合光催化剂。

上述的碘氧化铋/多孔二氧化钛复合光催化剂，步骤1)中，向体系中，输送氮气的时间为10-15min。