[发明专利]一种高活性铬酸铋纳米光催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种高活性铬酸铋纳米光催化剂的制备方法及其应用,属于纳米材料技术领域。首先将五水合硝酸铋和九水合硝酸铬溶解在甘露醇水溶液中；向溶液中滴加饱和碳酸钠水溶液，并搅拌均匀得到乳浊液；将乳浊液转移至水热反应釜中水热反应，冷却到室温后，离心、洗涤并烘干得到前驱体粉末，对前驱体粉末煅烧，得到铬酸铋纳米光催化剂。利用本方法制备出的铬酸铋纳米光催化剂，尺寸大小在40～50nm范围，光吸收带边可扩展至红光区，同时在可见光区具有高效的光催化污染物降解和产氧活性，在600nm处的产氧量子效率达到了1.52％，还具有非常好的光稳定性。本方法提供的制备方法中，原料价廉，工艺简单，适合工业化大批量生产，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种高活性铬酸铋纳米光催化剂的制备方法及其应用,高活性铬酸铋的分子式为Bi_7.38Cr_0.62O_12+x，属于纳米材料技术领域。

背景技术

自从本田-藤岛效应的发现以来，利用半导体光催化剂直接分解水已成为太阳能利用与转化为化学能的最理想途径之一。然而，达到可实际应用的析氢速率通常需要非常高的过电位，这主要是由于缓慢的氧析出反应动力学的结果。尽管近年来光催化产氧催化剂发展迅速，如钒酸铋、氧化物等，虽然这些催化剂的产氧性能有所提高，但是效率依然很低，主要归因于以下几个方面：(1)光吸收范围窄；(2)光生电子-空穴对复合快；(3)光稳定性差。因此，从实际应用的角度来看，开发具有宽吸收带、高量子效率和稳定性好的的光催化产氧催化剂在人造光合作用中是非常重要的。

发明内容

本发明的目的是提出一种高活性铬酸铋纳米光催化剂的制备方法及其应用，通过简单的水热合成结合高温煅烧处理，制备出颗粒尺寸小、光吸收范围宽、高活性的铬酸铋光催化剂，已利用该材料的的可见光性能，使其能够广泛应用于产氧、污水处理等技术领域。

本发明提出的高活性铬酸铋纳米光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)在室温下，将五水合硝酸铋和九水合硝酸铬溶解在甘露醇水溶液中，得到淡紫色透明溶液，其中，五水合硝酸铋的浓度为0.02～0.08mol/L，五水合硝酸铋与九水合硝酸铬的摩尔比为12:1，甘露醇溶液的浓度为0.5～5mol/L；

(2)向上述步骤(1)的溶液中逐滴加入1～5ml饱和的碳酸钠水溶液，连续搅拌得到淡紫色的乳浊液；

(3)将上述步骤(2)的乳浊液转移至水热反应釜中，在130～180℃条件下反应6～12h，自然冷却后，得到灰绿色的沉淀；

(4)将上述步骤(3)的沉淀进行过滤，收集固体，用去离子水充分洗涤固体，并将固体进行真空干燥，真空干燥温度为60～80℃，干燥时间为6～12h，得到灰绿色粉末；

(5)将上述步骤(4)的粉末置于马弗炉中在500～580℃条件下煅烧5～10min，并立即取出快速冷却,得到橙红色的铬酸铋光催化剂。

本发明提出的上述高活性铬酸铋光催化剂，将铬酸铋光催化剂应用于光催化产氧，包括以下步骤：

(1)在水中加入铬酸铋光催化剂，铬酸铋光催化剂与水的质量体积比为0.05～2g/L；

(2)在上述步骤(1)的反应体系中加入硝酸银作为牺牲剂，硝酸银的加入量为铬酸铋光催化剂的10²～10⁵倍；

(3)用波长为300～850nm的光源照射上述步骤(2)的反应体系，产出氧气。

本发明提出的高活性铬酸铋光催化剂的应用，将铬酸铋光催化剂应用于光催化污水处理，应用过程包括以下步骤：

(1)在有机污染产生的污水中加入铬酸铋光催化剂，铬酸铋光催化剂的加入质量体积比为0.5～5g/L；