[发明专利]一种铁改性光催化材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种铁改性光催化材料及其制备方法和应用。所述制备方法是在含有铁盐和硝酸铋的溶液中，加入溴化钾溶液，高温反应后即得所述铁改性光催化材料。采用本发明的制备工艺能够成功制备出带有异质结的光催化剂，能够大大提高光催化效果；铁盐的引入能够增大光催化材料的比表面积，增强其吸附性能；在双氧水存在的条件下，光催化反应过程使得此催化材料表面铁元素在二价铁和三价铁之间形成链式反应，催化降解效果非常优异；操作方法简单易行，原料易得，成本低廉，在实际应用中推广实施的前景良好。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种铁改性光催化材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着人类的活动，越来越多的新兴持久性有毒污染物进入水环境中。传统的水处理方法不能满足要求。幸运的是，高级氧化工艺已成功的用于处理含有新兴污染物的水体中。高级氧化工艺采用化学氧化剂(如过氧化氢、过硫酸铵、臭氧)、光化学和声化学技术，生成活性物种(如羟基自由基、超氧自由基、硫酸根自由基)。类芬顿反应产生的羟基自由基是对环境友好的且有较高的氧化还原电位。

羟基自由基的产生是由于二价铁催化分解双氧水，生成三价铁，同时，双氧水还原三价铁再生二价铁，产生了一个链式反应。然而，因为双氧水与三价铁的反应比与二价铁的慢得多，还原三价铁再生二价铁是总反应的限制步骤。为了提高污染物的降解效率，光的照射可以促进三价铁还原为二价铁。

溴氧化铋(BiOBr)作为可见光催化剂，由于其较高的催化活性和稳定性，被广泛关注。BiOBr具有层状正方氟氯铅矿(PbFCl)结构，这是由溴化双板与[Bi₂O₂]层交错而形成的。然而，BiOBr的带隙约为2.9eV，只能吸收部分可见光。为了克服这一缺点，采用多种方法改进材料，包括各种层次纳米结构的引入和卤素改性。此外，过渡金属的改性能够提高BiOBr的催化活性。最近的研究显示，对BiOBr进行过渡金属(Zn,Sn)改性，可以提高光催化活性，但在其表面的金属氧化物可以迅速降低其光催化活性。双氧水和光的存在可以激活催化活性位点，从而提高催化剂的催化活性。

综上所述，开发一种铁改性光催化材料对于提高双氧水存在下的光催化效率具有重要的意义，且在目前也已十分必要。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的目的是提供一种铁改性光催化材料及其制备方法和应用，以期解决前述现有技术中存在的至少部分技术问题。

(二)技术方案

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种铁改性光催化材料的制备方法，其是在含有铁盐和硝酸铋的溶液中，加入溴化钾溶液，高温反应后即得所述铁改性光催化材料。

优选地，所述含有铁盐和硝酸铋的溶液由下述步骤得到：

(1)在氩气保护下，在含冰醋酸的乙二醇溶液中加入硝酸铋，搅拌直到硝酸铋全部溶解，配制成浓度为0.1mol/L的硝酸铋溶液；

(2)在氩气保护下，向步骤(1)得到的硝酸铋溶液中加入铁盐，搅拌直到铁盐全部溶解，即得到所述含有铁盐和硝酸铋的溶液。

其中，步骤(1)中，所述含冰醋酸的乙二醇溶液中，冰醋酸与乙二醇的体积比优选为1:10。

步骤(2)中，所述铁盐优选FeCl₂·4H₂O，其添加量优选5～40％，更优选20％，所述百分比为所述铁盐的物质的量占所述硝酸铋的物质的量的百分比。

优选地，所述的溴化钾溶液为在氩气保护下，在乙二醇溶液中加入溴化钾，搅拌直到溴化钾全部溶解，配制成浓度为0.1mol/L的溴化钾溶液。

优选地，所述的溴化钾溶液的添加量为100％，所述百分比为所述溴化钾溶液的体积占所述含有铁盐和硝酸铋的溶液的体积的百分比。