[发明专利]一种三元复合可见光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种三元复合可见光催化剂及其制备方法和应用。制备方法包括：(1)将Bi(NO₃)₃·5H₂O溶于丙三醇中，十六烷基三甲基氯化铵CTAC分散于丙三醇中，之后将CTAC悬浮液缓慢滴加进含Bi(NO₃)₃·5H₂O的丙三醇溶液中，搅拌混合均匀后在烘箱内反应得到黑色前驱体；使用马弗炉煅烧前驱体得到浅黄色Bi₂₄O₃₁Cl₁₀可见光催化剂粉末；(2)将Bi₂₄O₃₁Cl₁₀粉末分散于去离子水中，逐滴加入KI水溶液，搅拌后再滴加AgNO₃水溶液，搅拌得到AgI/Bi₂₄O₃₁Cl₁₀二元复合物；(3)取AgI/Bi₂₄O₃₁Cl₁₀分散于去离子水中，光照还原生成纳米Ag单质，经洗涤和干燥最终得到灰绿色Ag/AgI/Bi₂₄O₃₁Cl₁₀三元复合可见光催化剂。本发明制备的光催化剂活性高、环境友好、可见光响应程度好，能对有机硼组分有效催化降解，且无二次污染。

技术领域

本发明涉及光催化材料技术领域，具体涉及一种三元复合可见光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

近几年来，川渝地区勘探出大量页岩气，目前页岩气的开发成为油气行业在这一区域的重点工程。然而，作为最广泛使用的页岩气开发技术及增产措施，水力压裂技术带来了新的环境污染问题，产生的大量压裂反排废液含有许多难降解聚合物。有机硼作为水基压裂液的交联剂之一，使用之后亦是一种难降解组分，其处理方法十分有限，物理方法不能有效去除，化学方法容易造成二次污染，且兼之有处理周期长和处理成本高的不足。在这种情况下，如何绿色有效地处理有机硼压裂返排液是油田废水处理领域的研究热点。

光催化技术由于可吸收太阳光能量用以降解有机污染物而得到广泛研究。该技术把光能转化为化学能来促进化合物的降解，高效无选择性的利用氧化还原反应矿化污染物而不产生二次污染，是一种理想的污染物处理技术，在油田废水处理领域展现出巨大的应用潜力。在众多光催化剂中，可见光催化剂比紫外光催化剂能吸收更多的太阳光，从而可以更为高效、更为彻底的催化降解有机污染物，是目前光催化材料技术领域的研究热点。

铋基光催化材料，如卤氧化铋，具有合适的禁带宽度，且廉价易得性质稳定，其在水污染领域得到了深入研究。深入的研究发现该种光催化剂有较高的光生电子-空穴复合率，严重降低了其光催化活性。目前经报道的改善这一不足的策略有离子掺杂、复合、形成固溶体以及富铋法。如BiOCl，通过富铋策略得到Bi₂₄O₃₁Cl₁₀富铋光催化材料，光响应范围从紫外光区扩展到了可见光区，大大提升了其光催化性能。如Song等将制备出的Bi₂₄O₃₁Cl₁₀富铋光催化剂负载上纳米Ag单质，其对于罗丹明B的降解能力得到了进一步提升(Song J,Zhang L,Yang J,et al.Ag nanoparticle-decorated biscuit-likeBi24O31Cl10hierarchical microstructure composed of ultrathin nanoflake withoutstanding photocatalytic activity[J].Journal of Alloys and Compounds,2018,735:660-667.)，但未见对有机硼组分的处理研究。

银基如卤化银材料，能吸收可见光，因其光敏性而展现出良好的光催化研究潜力。其中AgI具有更小的禁带宽度，从而表现出更为强烈的可见光吸收，但自身的不稳定限制了其应用。不少报道通过原位沉积Ag单质或者与其它半导体材料复合可有效提升AgI光稳定性。