[发明专利]一种柔性大面积TaON纳米棒阵列复合BiOI碳纤维布及其制备方法

说明书

本发明涉及水污染处理材料领域，公开了一种柔性大面积TaON纳米棒阵列复合BiOI碳纤维布及其制备方法。该碳纤维布由表面改性的碳纤维基底布，TaON纳米棒阵列和BiOI组成，其中TaON纳米棒为大面积均匀阵列，并垂直嵌入在碳纤维基底布的纤维缝隙之间，BiOI为包覆在TaON纳米棒外层的BiOI纳米片。本发明的制备方法简单、易规模化生产，具有较高的吸附效率和光催化活性，利用可见光即可催化降解污染物，性质稳定，容易回收，在环境和能源等领域具有重要应用价值，可以有效，快速净化污染水体及杀灭细菌，丰富我国环境修复材料的产品市场，促进环保行业的发展。

技术领域

本发明涉及水污染处理材料领域，尤其涉及一种柔性大面积TaON纳米棒阵列复合BiOI碳纤维布及其制备方法。

背景技术

半导体光催化技术在环境治理方面具有广阔的应用前景，该技术的核心任务是开发出高效、宽光谱驱动（可见光）、易回收的光催化剂。TaON的帶隙窄（2.7 eV），具有较宽的可见光吸收光谱，被认为是一种理想的光催化修复环境、光催化制氢材料。然而TaON的实际规模化应用面临两大难题，其一，是TaON光生电子和空穴复合几率较高，严重制约了其光催化活性。其二，纳米尺寸的TaON虽然具有较大比表面积，但是使用后不易回收，造成资源浪费，甚至二次污染。

BiOI的帶隙为1.77-1.92 eV，是一种优秀的可见光光催化剂。根据固体能带理论，BiOI和TaON，两者都易被可见光激发，重要的是两者能级能级可以很好的匹配。TaON价带电势低于BiOI的价带电势，同时，TaON导带的电势要比BiOI的高，因此，在可见光（λ400 nm）的照射下，BiOI和TaON被激发，形成光生电子（e^-）和空穴（h⁺），其中，TaON导带中的光生电子（e^-）流入BiOI导带中，BiOI价带中的光生空穴（h⁺）跃迁到TaON价带中，直到两者的费米能级接近为止。该载流子的流动过程提高光生电子和空穴的寿命，从而提高体系的光催化活性。

申请号为201510237951.5的中国专利公开了一种钽化物空心纳米纤维光催化剂及其制备方法，申请号为102014000209766的中国专利公开了一种氧氮钽基无纺布光催化剂的制备方法，这两种纤维光催化剂主要是通过静电纺丝技术制备，尽管在提高催化剂的光催化活性和回收方面取得了一定的成效，但是，由于金属化合物纤维脆性，柔韧性差，易碎，回收起来仍然存在一定困难，无法达到如大面积织布一样的易回收效果。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种柔性大面积TaON纳米棒阵列复合BiOI碳纤维布及其制备方法，采用TaON纳米棒阵列垂直嵌入在碳纤维基底布的纤维缝隙之间，外层复合BiOI纳米片，在太阳光的照射下能够快速去除水体中的有机污染物以及杀灭有害细菌，具有成本低、催化活性高、性质稳定、易回收的特点。

本发明的具体技术方案为：该碳纤维布由表面改性的碳纤维基底布，TaON纳米棒阵列和BiOI组成，其中TaON纳米棒为大面积均匀阵列，并垂直嵌入在碳纤维基底布的纤维缝隙之间，BiOI为包覆在TaON纳米棒外层的BiOI纳米片。

碳纤维布作为一种优异的碳材料，可以作为光催化材料的柔性基底，一方面利于催化剂（如TaON）光生电子空穴的分离，进而提高其光催化活性；另一方面，由于其呈现大面积柔性布状，易于回收。

该碳纤维布的制备方法包含以下步骤：

1）碳纤维布预处理：将碳纤维布置于有机溶剂混合液中超声清洗0.5-3h；

2）碳纤维布修饰：将清洗后的碳纤维布转入氧化处理液中浸泡1-15h，反应温度为5-95℃；

3）碳纤维布清洗：将表面修饰后的碳纤维布用乙二醇浸泡清洗2-10h，然后烘干；