[发明专利]一种BiPO4-BiFeO3复合光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机环保光催化材料技术领域，具体涉及一种BiPO₄-BiFeO₃复合光催化剂及其制备方法。

背景技术

光催化技术具有反应条件温和、能耗低和能矿化污水中绝大多数有机物等突出优点，在难降解有机物处理中具有其他传统水处理工艺所无法比拟的优势，是一种极具发展前途的水处理技术。

BiPO₄是一种新型的非金属含氧酸盐光催化剂，由于光催化活性高和成本低引起人们的关注。但由于其带隙较宽，光生空穴和电子易复合，光量子效率低，对太阳能的利用率还不够理想。为了提高BiPO₄的光量子效率，将其与具有理想带隙的半导体材料相复合，利用两种半导体之间的能级差能使光生载流子由一种半导体微粒的能级注入到另一种半导体的能级上，使电荷有效分离，是提高BiPO₄太阳能利用率和光量子效率的有效途径。然而，目前尚没有相关文献关于BiPO₄-BiFeO₃复合光催化剂的报道。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种太阳能利用率高、光量子效率高、易于回收且光催化活性好的磁性BiPO₄-BiFeO₃复合光催化剂。

本发明解决的另一个技术问题是提供了一种简单易行且方便操作的BiPO₄-BiFeO₃复合光催化剂的制备方法。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种BiPO₄-BiFeO₃复合光催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）以五水硝酸铋和去离子水为原料配制五水硝酸铋水溶液，在搅拌条件下将磷酸二氢钠和硝酸铁加入到五水硝酸铋水溶液中形成混合溶液，其中所加磷酸二氢钠和硝酸铁的摩尔比为1:0.5-2；（2）将步骤（1）得到的混合溶液搅拌30min后用碱溶液调节混合溶液的pH值为9-11，然后将混合溶液在室温条件下继续搅拌1h；（3）将步骤（2）得到的混合溶液转移至水热反应釜，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180℃微波反应10-30min，待反应结束后经冷却、离心、洗涤、干燥后制得磁性BiPO₄-BiFeO₃复合光催化剂。

进一步优选，步骤（1）中五水硝酸铋水溶液的摩尔浓度为0.5-1mol/L。

进一步优选，步骤（2）中碱溶液为氢氧化钠溶液。

本发明所述的BiPO₄-BiFeO₃复合光催化剂，是按照上述方法制备得到的。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、BiPO₄光催化剂的导带电势E_CB=0.44eV，价带电势E_VB=4.27eV，而BiFeO₃光催化剂的导带电势E_CB=0.1eV，价带电势E_VB=2.3eV，在BiPO₄-BiFeO₃复合半导体中，BiFeO₃的导带电势更负，光生电子容易从能级低的BiFeO₃导带迁移到能级高的BiPO₄导带上，同时BiPO₄的价带电势更正，光生空穴容易从能级高的BiPO₄价带迁移到能级低的BiFeO₃价带上，从而提高光生电荷的分离效率，进而提高其光催化性能；

2、BiFeO₃禁带较窄，能有效拓展BiPO₄-BiFeO₃复合光催化剂对可见光的利用率，进而有效提高光的利用率和光催化活性；

3、BiFeO₃本身具有磁性，BiFeO₃与BiPO₄的复合使BiPO₄-BiFeO₃复合光催化剂也具有磁性，利用磁分离技术可将其从废水处理体系中快速分离出来，解决了光催化剂使用后难以回收的难题，具有良好的应用前景。

附图说明