[发明专利]2D/2DBiOI/Ti3

说明书

本发明公开了一种2D/2DBiOI/Ti₃C₂复合光催化剂及其制备方法和应用，该复合光催化剂由BiOI和Ti₃C₂纳米片共同构成，其中，片层BiOI原位生成于片层Ti₃C₂纳米片表面，形成片层互嵌堆积的2D/2D结构，其步骤为：将经过超声分散的二维过渡金属碳化物悬浮液逐滴加入到硝酸铋、聚乙烯吡咯烷酮的甘油混合溶液中，搅拌并加入碘化钾水溶液，加热反应，得到片层BiOI与Ti₃C₂均匀互嵌的2D/2D复合光催化剂。本发明的复合光催化剂具有较高的比表面积和较大的异质结界面，光生载流子易于迁移至材料表面，有利于反应物的吸附和光生电子、空穴对的高效分离，在环境污水处理领域具有较大应用潜力。

技术领域

本发明属于环境光催化技术领域，具体涉及一种BiOI/Ti₃C₂复合光催化剂的制备及其在污水治理中的应用。

背景技术

从2005年到2015年，全球人均抗生素使用量增加了75%。抗生素虽然能够有效抑制微生物、细菌的繁殖，但其滥用会导致病菌产生耐药性，药物效力逐渐降低。同时，抗生素在使用后随人体、动物的代谢物排出体外，常规的生活污水处理手段难以将其降解，致使抗生素不断在环境中富集，加速抗药微生物的繁殖以及抗药基因的传播，产生严重危害人类生命健康的“超级细菌”。为了治理抗生素对环境的污染，研究者们提出了多种处理方法，如物理吸附、生物处理和化学降解等技术。其中，化学降解被认为是最为有效和彻底的解决方案之一，化学方法能将抗生素氧化成容易被生物降解和毒性较小的物质，甚至将其转化为无害化合物。在众多先进的氧化工艺中，光催化具有节能、环保和低成本等优点，成为治理抗生素最具前景的方法之一。

卤氧化铋BiOX (X=C1, Br, I)具有沿c轴方向，双X离子层和[Bi₂O₂]²⁺层交替排列构成的层状晶体结构，是一类重要的层状结构半导体。其中，BiOI带隙宽度约1.9 eV，具有较好的可见光吸收利用能力。同时，BiOI的价带位置足以使其在光照下产生氧化性极强的羟基自由基(·OH), 从而在污染物氧化降解方面具有较大优势。目前，各种形貌的BiOI材料已被制备出来并用于光催化研究，包括块状、花状、球形、片状等，但常规单相BiOI的光生载流子易于复合，光子利用率不高。于是，人们合成了微球状ZnO/BiOI、花状g-C₃N₄/BiOI等复合材料，有效促进了光生电子与空穴的分离，改善了BiOI的光催化性能。然而，块状BiOI的比表面较小，表面暴露的催化反应活性位点数量不多，且光生载流子易于在体相内部发生复合，也不利于大幅度提升BiOI的光催化反应效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种2D/2DBiOI/Ti₃C₂复合光催化剂及其制备方法和应用，该复合材料采用经过超声剥离的2DTi₃C₂悬浮液与硝酸铋、聚乙烯吡咯烷酮和甘油混合，再加入碘化钾水溶液，通过高温反应制备而成。该复合光催化剂具有较高的比表面积、良好的可见光响应性和高效的电子-空穴分离效率，可应用于抗生素污水治理。

实现本发明目的的技术解决方案是：2D/2D BiOI/Ti₃C₂复合光催化剂，该材料由BiOI和Ti₃C₂纳米片共同构成，其中，片层BiOI原位生成于片层Ti₃C₂纳米片表面，形成片层互嵌堆积的2D/2D（片层/片层）结构。

较佳的，BiOI与Ti₃C₂的质量比为10:1～20:1。

上述2D/2D BiOI/Ti₃C₂复合光催化剂的制备方法，具体步骤为：