[发明专利]一种磁性膨润土负载的球状BiOBr及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种磁性膨润土负载的球状BiOBr及其制备方法和应用，先将BiOBr前驱体嵌入磁性膨润土基的层间和/或沉积在磁性膨润土基的表面上，再利用微波辅助水热法，通过高温加压的作用实现原位自组装，获得磁性膨润土负载的球状BiOBr。制备得到的磁性膨润土负载的球状BiOBr具有较大的比表面积和优良的磁分离性能，同时禁带宽度变窄，对可见光的吸收能力更强，电子空穴对的复合效率降低，在可见光下实现了对四环素、环丙沙星等有机溶液的高效降解，此外，在外加磁场的作用下，磁性膨润土负载的球状BiOBr可以实现快速回收，具有很好的重复利用率和稳定的性能。

技术领域

本发明属于可见光催化剂制备技术领域，具体涉及一种磁性膨润土负载的球状BiOBr及其制备方法和应用。

背景技术

由于绿色、新型、有效等特点，光催化技术已广泛应用于能源和环境方面，其利用光催化材料将太阳能转化为化学能实现产能或者降解污染物，化学反应条件温和，能耗较低且效率高，同时没有二次污染，优势突出。迄今为止，TiO₂是研究最广泛的半导体光催化剂，但由于其带隙较宽，可见光利用效率低且光生电子空穴对容易复合等缺陷而难以被广泛应用，为了能够有效利用太阳光，使光催化技术进一步实用化，开发具有可见光响应型的光催化剂已成为必然趋势。

BiOBr(溴氧化铋)是一种新型可见光响应的半导体光催化材料，它具有适中的禁带宽度、独特的开放式层状结构、较高的氧化能力和低廉的成本，在光催化降解有机有毒污染物方面，表现出了优越的性能，因此备受科研工作者的关注。尽管BiOBr能直接被可见光激发，但目前单独将其作为光催化剂使用时活性仍然较低，一方面源于微纳米颗粒的催化剂容易出现团聚现象，降低了其对可见光的利用效率，另一方面较高的光生电子空穴对复合率，不利于半导体表面自由光生电子和空穴的产生，阻碍了光催化效率的提高，而且在反应工艺末端，粉末状的BiOBr光催化剂难以从反应体系中分离出来循环再利用，易流失而造成工艺成本较高，不利于实际的工业应用。基于以上，研究者开始采用负载、掺杂、复合等手段对单纯的半导体材料改性以提高其对光的利用效率，诸多研究表明选择合适的载体与半导体材料相结合，不仅可以防止团聚，提高其分散性和稳定性，而且形成的异质结复合材料确实可以提高光催化效率。

膨润土(Bentonite)是由两层硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成的天然层状硅酸盐粘土矿物，具有吸附性、吸水膨胀性、阳离子交换性、热稳定性等特点。另外膨润土资源非常丰富，低廉易得，在吸附处理染料和抗生素废水中具有显著优势，经过磁改性后的膨润土吸附性能不仅有所提升，而且在外加磁场的条件下可以实现很好的固液分离，有利于进一步的重复利用。将磁改性过后的膨润土作为载体与半导体金属氧化物结合形成稳定的光催化剂，一方面可以提高复合催化剂的比表面积，提升吸附效果，有利于进一步的光催化，另一方面磁性膨润土可以减小禁带宽度，降低光生载流子的复合率，从而提高半导体的光催化活性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种磁性膨润土负载的球状BiOBr及其制备方法和应用，本发明先将BiOBr前驱体嵌入磁性膨润土基的层间和/或沉积在磁性膨润土基的表面上，再利用微波辅助水热法，通过高温加压的作用实现原位自组装，获得磁性膨润土负载的球状BiOBr。制备得到的磁性膨润土负载的球状BiOBr具有较大的比表面积和优良的磁分离性能，同时禁带宽度变窄，对可见光的吸收能力更强，电子空穴对的复合效率降低，将其应用于对四环素、环丙沙星的光降解时没有团聚现象，且对有机污染物有较高的光催化活性。

本发明的技术方案如下：

一种磁性膨润土负载的球状BiOBr的制备方法，该方法为：以溴化钾(KBr)为溴源，五水合硝酸铋[(BiNO₃)·5H₂O]为铋源，乙酸为溶剂制备BiOBr前驱体，以磁性膨润土(MB)为负载基体，水为分散剂，先将BiOBr前驱体嵌入磁性膨润土基的层间和/或沉积在磁性膨润土基的表面上，再利用微波辅助水热法，通过高温加压的作用实现原位自组装，获得磁性膨润土负载的球状BiOBr(BiOBr-MB)。