[发明专利]一种对亚甲基蓝光降解的新型光催化剂材料及其制备方法

说明书

一种对亚甲基蓝光降解的新型光催化剂材料及其制备方法，涉及新型光催化剂材料的制备及其对亚甲基蓝的光降解。本发明公开了一种新型光催化剂材料制备方法，在搅拌条件下将去离子水与乙二醇按一定体积比混合形成均匀混合溶剂，然后将一定量的硝酸铋、硝酸锌和尿素先后溶于此混合溶剂中，之后将该体系转移到反应釜中，放于烘箱中，于一定温度下反应一段时间，自然冷却到室温，将所得沉淀分别用去离子水与无水乙醇洗涤离心分离，置于烘箱内干燥，即可得到新型Zn掺杂Bi₂O₂CO₃光催化剂材料。该制备过程简单有效、成本低、产率高，且能有效解决Bi₂O₂CO₃对亚甲基蓝光降解效率低的问题。本发明应用于光降解染料领域，实验表明新型光催化剂的光降解效率可达86.25%。

技术领域

本发明涉及一种对亚甲基蓝光降解的新型光催化剂材料及其制备方法。

背景技术

在人类社会的长期发展中，环境污染不仅威胁公众健康，而且也是我国水质安全面临的主要问题。在人们的生产活动中，如制革、纺纱、印染、加工塑料等行业中，会产生大量的带有有机染料(如亚甲基蓝)的工业废水，导致水污染，从而使水中的动植物基因发生突变；于人类而言，即使在很低的浓度下也会使我们的身体健康安全受到很大的威胁，例如人体发生畸变、基因突变、患癌等。因此，为了治理环境污染问题人们发现了许多关于水中污染物的去除技术，例如化学沉淀法、离子交换法、生物处理法、吸附法以及光催化降解等。其中对于光催化降解来说，高效的光催化剂对水中有机污染物的去除是有效的，并且由于其成本低、效率高而受到人们的广泛关注。故开发高效、可见光驱动的光催化降解催化剂是光催化降解领域的一个独特驱动力。

自从人们发现采用TiO₂单晶电极光催化分解水生成氢气和氧气以来，TiO₂就成为研究最为广泛的光催化剂，因此以TiO₂为基础的光催化剂的研究报道各种各样。但是发展具有高效且非TiO₂的可见光光催化性能的催化剂也是解决环境污染问题的另一种方法。所以铋基纳米材料以其窄带隙小、无毒、低成本、高活性等优点在光化学领域受到了广泛关注。具有层状结构的Sillen状Bi类复合氧化物碳酸氧铋(Bi₂O₂CO₃)因其具有独特的电子结构，较强的可见光吸收能力以及对有机物具有较高的降解能力而受到研究者们的广泛关注。然而， Bi₂O₂CO₃相对较宽的带隙(～3.1-3.5eV)导致可见光利用率较低。因此有很多方法能够改善 Bi₂O₂CO₃光催化剂的可见光响应，例如异质结耦合、掺杂以及表面改性等。其中，在元素掺杂方法中，N掺杂的Bi₂O₂CO₃、I掺杂的Bi₂O₂CO₃、Fe掺杂的Bi₂O₂CO₃以及通过表面负载和La³⁺的体掺杂的Bi₂O₂CO₃均具有良好的可见光光催化活性。但是，人们对于金属掺杂Bi₂O₂CO₃光催化剂这一领域的认识还不够广泛，因此设计和研究金属掺杂Bi₂O₂CO₃的光催化剂具有重要的意义。故本发明设计研究了一种对亚甲基蓝具有高效光催化活性的新型Zn掺杂Bi₂O₂CO₃的光催化剂材料，该光催化剂对亚甲基蓝的光降解达到了86.25％，与单独的Bi₂O₂CO₃相比则提高了3倍。

发明内容