[发明专利]一种高效异质结紫外光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及到光催化材料及废水处理领域，特别是难生物降解的栲胶、松香和糠醛生产等林产化工废水及其它工业废水，具体涉及到SrTiO₃/BiPO₄光催化剂及其制备方法。

背景技术

当今社会，林产化工、纺织印染、制浆造纸和农药化工等行业排放的有机化工废水由于其具有颜色深、毒性大和难降解等特点，日益引起了全世界各国的高度重视。而且这些工业废水成分复杂，含有多种有机染料和芳香族化合物，使得这类废水很难降解和处理。科学家们也探索了一些处理化工废水的方法，如活性炭吸附技术、高级氧化技术、氧化絮凝技术、生化处理技术合光催化技术等等。半导体光催化技术由于在环境修复、抗菌自洁和有机废水处理中的潜在应用而备受关注。

长期以来，人们通常采用TiO₂作为光催化剂，但是由于其具有较窄的吸收带和光生电子和空穴的负荷率较高和分离困难等问题，因此开发新型高效的光催化剂是现代科学研究的热点。磷酸铋(BiPO₄)由于其自身独特的物理和化学特性，展现出了非常优越的光催化性能，而且磷酸根(PO₄^3-)具有结构稳定、电子传输效率高、电子-空穴复合几率地和抗光腐蚀等特点，使得BiPO₄的催化性能更好。Pan等人发现光催化降解有机染料时，BiPO₄的催化活性是TiO₂(P25，Degussa)的两倍(Environ.Sci.Technol.，2010，44，5570-5574.)。中国发明专利(CN103934010A)报道柏树叶状、正方体状、松针状和百合花状的BiPO₄光催化剂的制备方法，其对于对罗丹明B(RhB)降解具有高的催化活性。然而BiPO₄本身存在吸附性能差、带隙宽和受形貌影响等缺陷，因此对BiPO₄及其复合结构进行调控以提高BiPO₄的光催化性能成为近年来的研究热点。此外，钛酸锶(SrTiO₃)具有好的热稳定性、催化活性位点多和抗腐蚀性能好等特性，也引起来科学界的广泛研究。中国发明专利(CN104437575A)报道了氟、氮共掺杂磷酸铋-氧化镍复合光催化剂的制备方法，其在紫外光照射50min后，对甲基橙的降解效率高于90％。但文献调研发现，钛酸锶/磷酸铋异质结光催化剂及其制备方法未见报道。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决紫外光下催化剂光催化效率低、稳定性差、光腐蚀性能差及光范围窄等问题，提供了一种高效异质结紫外光催化剂及其制备方法和应用。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明提出一种高效异质结紫外光催化剂，所述的光催化剂是由SrTiO₃和BiPO₄组合形成的异质结催化剂，其中SrTiO₃与BiPO₄质量比1∶200～1∶5。

本发明进一步提出了上述高效紫外SrTiO₃/BiPO₄光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备SrTiO₃粉末；

(2)制备SrTiO₃/BiPO₄光催化剂：将SrTiO₃、铋酸盐和含磷钠盐置于蒸馏水中，超声搅拌均匀，加入硝酸调节溶液pH，然后将反应体系装于水热釜中反应，冷却后用离子水和乙醇洗涤，真空干燥，即可SrTiO₃/BiPO₄光催化剂。

具体地，步骤(1)中，采用共沉淀法制备SrTiO₃粉末，将TiCl₄的盐酸溶液和Sr(OH)₂·8H₂O的水溶液混合均匀，然后加入NaOH溶液，转移到水热釜中反应，干燥后即得SrTiO₃粉末；

步骤(2)中，铋酸盐和磷酸盐的摩尔比为3∶1～1∶3，反应体系在水热釜中的反应条件为160～220℃下反应16～72h。

优选地，步骤(2)中，所述的铋酸盐为硝酸铋、硫酸铋、氯化铋或醋酸铋中的任意一种；所述的含磷钠盐为磷酸钠、磷酸氢二钠或磷酸二氢钠中的任意一种或两种。

步骤(2)中，使用硝酸调节溶液pH至1～4。