[发明专利]Bi2O2CO3/PPy/g‑C3N4复合光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于光催化剂领域，具体涉及一系列具有模拟太阳光活性的三元体系Bi₂O₂CO₃/PPy/g-C₃N₄复合光催化剂的制备及其应用。

背景技术

随着工业的迅速发展和人口的日益增多，环境污染和关键能源的短缺已经成为制约人类社会发展的两大难题。太阳能是一种丰富、清洁的可持续能源，光催化是资源化利用太阳能的有效方式。光催化技术能够利用丰富的太阳能来降解有机污染物等，这对解决环境危机有非常重要的意义，其中尤为重要的是半导体光催化技术的应用。然而，目前的光催化剂存在两个缺点：(1)对太阳光的利用率不高；(2)光生电子与空穴容易复合。研究证明，复合半导体材料是解决上述两个问题的有效途径。

铋系光催化剂(如次碳酸铋)具有良好的催化性能和优良的化学稳定性，近年来被广泛研究。它们在可见光范围内有明显的吸收，这是铋系光催化剂共同的显著特点和优势，而且在可见光下它们对难降解有机物具有良好催化作用，并可以循环使用，将其应用于工业污水处理将是未来研究的一个热点领域。石墨相氮化碳g-C₃N₄是一种有非金属碳氮组成的可见光光催化剂，与石墨烯类似，具有二维平面结构；同时具有典型的半导体特性，其禁带宽度约为2.7eV，能吸收波长小于470nm的紫外-可见光。因其独特的结构，g-C₃N₄基复合光催化剂表现出良好的光催化性能。聚吡咯具有优良的导电性能，窄的禁带宽度，良好的环境稳定性和可成型性，通过取代基的变化，性能可以调变，且与其它导电聚合物相比，可在水中通过化学氧化聚合法制备得到。但对与聚吡咯，特别是与聚吡咯和g-C₃N4共掺杂进行复合的光催化剂研究相对较少。构建异质结构的复合半导体可以有效抑制光生载流子的复合，从而改善半导体的光催化活性，是一种有效的半导体改性方法。

为此，我们尝试设计、制备了一系列Bi₂O₂CO₃/PPy/g-C₃N₄复合光催化剂，拓展光催化剂对可见光的响应范围，并探讨g-C₃N₄的含量对复合光催化剂催化性能的影响。迄今为止，制备Bi₂O₂CO₃/PPy/g-C₃N₄复合光催化剂的工作尚未见报道，也没有专利和文献报道过Bi₂O₂CO₃/PPy/g-C₃N₄复合光催化剂的制备和性能探讨。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有模拟太阳光活性的三元体系Bi₂O₂CO₃/PPy/g-C₃N₄复合光催化剂的制备方法，以提高光催化材料对可见光及近红外区域的光谱利用率，其制备工艺简单，容易实现，制备的复合光催化剂具有良好的太阳光活性和较高的量子效率，对有机染料废水具有较好的降解效果，在有机废水的净化处理及有机废气净化等领域具有重要应用前景。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的Bi₂O₂CO₃/PPy/g-C₃N₄复合光催化剂，由次碳酸比Bi₂O₂CO₃，聚吡咯PPy和石墨相氮化碳g-C₃N₄组成，所述复合光催化材料在模拟太阳光照射下90min后，罗丹明B降解率为98.94％。

本发明所述的Bi₂O₂CO₃/PPy/g-C₃N₄复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：