[发明专利]一种具有优异吸附和光催化性能的介孔碳-TiO2(B)- BiOI材料及其制备方法

说明书

本发明提出了一种具有优异吸附和光催化性能的介孔碳‑TiO₂(B)‑BiOI材料及其制备方法。先利用超声波把介孔碳分散在乙二醇介质中，再加入化学计量比的TiO₂(B)、Bi(NO₃)₃和KI，搅拌混合；然后转移到反应釜中，于120‑180℃下反应；最后，离心干燥即得黑色的介孔碳‑TiO₂(B)‑BiOI粉末材料。显微分析表明该材料主要由带状TiO₂、片状BiOI和介孔碳组成三元光催化异质结，其中TiO₂(B)带宽和带长分别为100‑400nm和1‑3μm，BiOI为5‑10nm纳米带。该材料的吸附能力是TiO₂(B)‑BiOI复合光催化异质结的2倍，其催化活性也提高了2倍。

技术领域

本发明属于半导体光催化剂领域，具体涉及一种具有优异吸附和光催化性能的介孔碳-TiO₂(B) - BiOI材料及其制备方法。

背景技术

二氧化钛光催化技术是一种最有开发前景的“环境友好型”的水处理技术，对疏水性、高浓度（5mg/L）的17α-乙炔基雌二醇（EE2），具有明显的降解效果^[1]。然而，一方面因为实际水体中这类污染物的浓度仅为10-1000 ng/L（达不到mg/L），且商品TiO₂（P25）的比表面积较小（50m²/g），在紫外光的作用下主要表面为亲水性，对这类非极性有机污染物基本没有吸附能力，光催化剂表面的污染物浓度极低，实际降解效果不足。更为严重的是这类污染物在实际水体中常与大量的极性天然有机质（胡敏酸（HA）和富里酸（FA））共存，这些有机质可通过极性相互作用优先吸附至TiO₂表面，并对TiO₂表面产生的羟基自由基有清除作用，目标污染物的降解效率受到很大抑制^[2-4]。另一方面，当TiO₂光催化降解这类污染物时，降解中间体可能造成更严重的二次污染的问题。为了解决这个问题，目前常将吸附技术与光催化技术相结合，使复合催化剂同时具备较高的吸附能力和光催化效率，并且由于较强的吸附能力而使可能产生的降解中间体来不及离开催化剂颗粒表面就被完全降解为CO₂和水，避免了二次污染^[5-6]。常用的具有吸附能力的载体有分子筛、碳材料和天然矿物等，其中介孔碳是一类新型的非硅基材料，孔径为2nm-50nm，比表面积可高达2500 m²/g，其表面对有机污染物有较好的吸附能力，介孔碳本身优异的导电能力可有利于光生载流子的有效分离，可作为催化剂优良载体，且可明显提高光催化剂的催化活性。目前为止，介孔碳负载的光催化剂有TiO₂^[7-8]，CuO^[9]，C₃N₄^[10-11]，ZnO^[12-13]和Bi₂WO₆^[14]等单一催化剂，未见负载二元光催化异质结光催化剂。

为了进一步提高光催化剂的可见光响应能力和催化活性，本发明采用简单的溶剂热法在介孔碳材料上负载了TiO₂(B)-BiOI复合光催化异质结，使得复合光催化异质结具有更好的吸附能力和可见光光催化活性。

文献

[1] Mai J X, Sun W L, Xiong L, Liu Y, Ni J R. Chemosphere, 2008, 73: 600-606.

[2] Karpova T, Preis S, Kallas J. J. Hazard. Mater., 2007, 146: 465-471.

[3] Uyguner-Demirel C S, Birben N C, Bekbolet M. Catal. Today, 2017, 284:202-214.