[发明专利]一种Bi5

说明书

本发明涉及一种Bi₅O₇I/煅烧水滑石复合材料及其制备方法，属于化学化工与功能材料技术领域。Bi₅O₇I/煅烧水滑石复合材料为在煅烧水滑石基底上负载Bi₅O₇I；其中煅烧水滑石为锌铝铋煅烧水滑石(ZnAlBi‑LDO)，其中Zn：Al：Bi的摩尔比为3：1‑x：x，0.01≤x≤0.1；复合材料中，Bi₅O₇I与锌铝铋水滑石(ZnAlBi‑LDHs)的质量比为1：5~1：15。本发明借助水滑石的“记忆效应”，当混合金属氧化物在水溶液中恢复层状结构时，可大幅提高对Cr(Ⅵ)的吸附，同时负载的Bi₅O₇I会扩宽复合材料的光吸收范围，使复合材料在可见光下具有光催化降解Cr(Ⅵ)的效果，使Cr(Ⅵ)被还原为无毒的Cr(Ⅲ)。本发明制备的Bi₅O₇I/煅烧水滑石复合型吸附催化材料，可实现产品性能更高、工艺简单，彻底解决变价重金属环境污染问题。

技术领域

本发明涉及一种Bi₅O₇I/煅烧水滑石复合材料及其制备方法和应用，属于化学化工与功能材料技术领域。

背景技术

随着工业的迅速发展,环境污染情况加剧,水体污染成为急需解决的重要问题之一,而重金属铬(Cr)污染是其中一种比较严重的水体污染。在废水中重金属Cr主要以Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ) 两种价态形式存在，其中Cr(Ⅵ)的毒性约为Cr(Ⅲ)的100倍，并且在自然条件下不易降解，非常容易被人体吸收，对人体健康有着严重的威胁。

目前对Cr(Ⅵ)常见的去除手段有膜分离法、吸附法、化学沉淀法、电解法、光催化降解法等。在这些方法中，吸附法由于其成本低廉、效率高等优点而被广泛使用。常用的吸附剂为层状双金属氢氧化物—水滑石，是一类结构类似于水镁石的二维阴离子黏土，其层板是由可调控的二价和三价金属阳离子构成，层间由可交换的阴离子来平衡电荷。水滑石由于其较大的比表面积、较好的离子交换性能和较好的热稳定性而备受关注。当水滑石在低温下煅烧后，会形成混合金属氧化物，由于水滑石的“记忆效应”，这种混合金属氧化物会在水溶液中恢复其层状结构，这种特性经常被用来吸附去除一些阴离子型污染物。

但吸附法也存在吸附剂吸附位点有限不能完全去除六价铬等缺点，并且吸附剂吸附后只是将Cr(Ⅵ)从水中转移，Cr(Ⅵ)仍然存在，后续仍需要对吸附剂进行一系列的处理，这使其也难以成为有效的去除Cr(Ⅵ)的方法。近年来，通过光催化将Cr(Ⅵ)还原为无毒的Cr(Ⅲ)的方法也引起了人们的广泛关注。Bi元素对可见光具有一定活性，近年来一系列的Bi基半导体在光催化领域引起了广泛关注，Bi³⁺的掺杂会在一定程度上提高光催化活性，降低电子空穴复合率。碘氧化铋是一种新型光催化剂，具有合适的禁带宽度，对可见光具有一定的响应，其中Bi₅O₇I型碘氧化铋由于其富铋富氧型结构，使其具有合适的导带位置，而引起了人们的广泛关注。为了提高光催化效果和Cr(Ⅵ)的去除率，研究者们选择将光催化剂负载在具有吸附效果的吸附剂载体上，以此来实现吸附和光催化共同去除Cr(Ⅵ)。

现有技术中报道了一些将光催化半导体与水滑石复合用于Cr(Ⅵ)去除的材料，例如，公开号为CN109529793A的中国专利文献报道先制备磁性ZnAl-LDHs后，再将磁性水滑石与二氧化钛(TiO₂)复合得到复合材料，该方法制得的复合材料仅对紫外光具有吸收，无法利用可见光进行光催化降解Cr(Ⅵ)；公开号为CN109569561A的中国专利文献报道将石墨烯与 ZnAlTi-LDHs复合，后再空气中煅烧得到复合材料，该方法制得的复合材料在可见光下降解Cr(Ⅵ)浓度较低，效果有限；Bin等人将g-C3N4与CoFe-LDHs复合，然后在空气中煅烧得到复合材料，该方法制得的复合材料具有较好的吸附和光催化去除Cr(Ⅵ)的效果，但是光催化降解时使用的是300W的氙灯，运行设备功率大，耗能高。