[发明专利]一种BiOCl纳米光催化剂的制备方法及制得的光催化剂和应用

说明书

技术领域

本发明属于环境化工光催化剂制备技术领域，尤其涉及一种BiOCl纳米光催化剂的制备方法及制得的光催化剂和应用。

背景技术

随着经济快速增长，环境污染和能源短缺问题日益严峻，成为制约社会前进的两大难点问题。自1972年单晶TiO₂电极上光解水制H₂以来，TiO₂由于具有廉价、无毒、稳定等优点，成为光催化研究领域最主要的催化剂。然而，TiO₂仅仅能利用太阳光中的紫外部分(太阳光利用率小于5％)，这大大限制了其在可见光下的应用。

铋基光催化材料具有良好的可见光吸收能力，日益为研究者们倍加关注。卤氧化铋作为铋基光催化材料的一种，因具有良好的物理化学性质和可见光响应成为研究热点。其中，氯氧化铋(BiOCl)的晶体结构属于典型的PbFCl型层状结构，具有高度的各向异性。BiOCl属于四方晶系，可以看成是沿c轴方向[Bi₂O₂]²⁺层和双层Cl-层交替排列构成的，是最简单的奧里维里斯(Aurivillius)化合物。然而，BiOCl光催化剂带隙值相对较宽，光谱相应范围窄，导致其光生载流子数量比较少，降低了其光催化活性。为了提高BiOCl光催化活性，人们采用不同的方法提高其对可见光的利用效率。Zhu等通过将锐钛型TiO₂纳米颗粒负载在BiOCl纳米片上暴露其(001)晶面，显著提高了BiOCl光催化活性。该方法对反应设备要求较高，提高了生产成本，不宜投入实际应用。Zhang等在抗坏血酸和Pluronic F127的辅助下合成Bi₂O₃/BiOCl光催化复合材料，该异质结的形成使其光催化性能有了明显的提高。此方法操作繁琐，不利于应用实际运用。Di等以含铜离子的溶液热法制备了Cu/BiOCl的光催化剂，减少了光生载流子的复合，从而提高了光催化性能。然而铜离子容易析出，造成污染。为了解决操作繁琐、成本昂贵、污染浪费等生产问题，因此需要一种创新型制备高效光催化剂的方法。

发明内容

针对现有技术中的上述缺陷，本发明的主要目的之一在于提供一种BiOCl纳米光催化剂的制备方法，所述制备方法操作简单，适于工业化应用；过程中所用试剂均为无毒，无害，无二次污染的绿色试剂，且在催化剂使用过程中也不会对环境造成污染。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案，一种BiOCl纳米光催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将硝酸铋和羧甲基纤维素钠溶于水中，搅拌均匀，得到含铋的混合液；所述硝酸铋和羧甲基纤维素钠的质量用量比例为：(0.3-5)：1；所述羧甲基纤维素钠的粘度为:200-500mPas；

(2)在步骤(1)得到的所述混合液中滴加氯化物溶液，搅拌均匀，得到含铋前驱体溶液；

(3)将步骤(2)得到的含铋前驱体溶液的pH值调为5.0-6.5，搅拌均匀形成反应物；

(4)将步骤(3)所得反应物在150-160℃下进行反应24-30h，得到沉淀；

(5)将步骤(4)得到的所述沉淀洗涤，干燥，得到BiOCl粉体。

作为进一步的优选，所述步骤(1)中，所述硝酸铋和羧甲基纤维素钠的质量用量比为：(0.4-2)：1。

作为进一步的优选，所述步骤(2)中，所述氯化物选自氯化钾、氯化钠及氯化铵。

作为进一步的优选，所述步骤(3)中，采用碱性溶液调节含铋前驱体溶液的pH值，所述碱性溶液选自氢氧化钾、氢氧化钠及氨水。

作为进一步的优选，所述步骤(3)中，所述含铋前驱体溶液混合液的pH值调为6.0。

作为进一步的优选，所述步骤(4)中，将反应物在160℃下进行反应24h。

本发明的另一目的在于提供一种由上述制备方法制得的BiOCl光催化剂，所述BiOCl光催化剂为由超薄纳米片自组装而成的棒状3D分级结构，所述BiOCl光催化剂的禁带宽度为2.8-2.9eV。

本发明的另一目的在于提供一种由上述制备方法制得的BiOCl光催化剂的应用，所述BiOCl光催化剂在可见光的照射下，可应用于有机废水中降解有机污染物。

作为进一步的优选，所述有机污染物选自罗丹明B、甲基橙、亚甲基蓝及活性艳红。

作为进一步的优选，所述有机污染物与BiOCl光催化剂的质量用量比例为1∶(20-30)。