[发明专利]一种MOF改性沸石负载BiOX/TiO2

说明书

本发明公开了一种MOF改性沸石负载BiOX/TiO₂光催化材料，包括以下原料，按摩尔份数计：天然沸石50‑100份、MOF材料10‑30份、BiOX/TiO₂光催化剂10‑60份，其中BiOX/TiO₂摩尔比为0.01‑100。本发明采用上述一种MOF改性沸石负载复合光催化剂的光催化材料，解决了光催化剂回收困难、易随污水流失的问题，该法反应时间短、成本低、操作简单，易于工业化生产。

技术领域

本发明涉及生态环保材料技术领域，尤其是涉及一种MOF改性沸石负载BiOX/TiO₂光催化材料及其制备方法。

背景技术

化学需氧量COD(Chemical Oxygen Demand)是指在一定条件下用强氧化剂氧化水中的有机物质和一些还原性物质时所消耗氧化剂的量，以氧的mg/L数来表示。化学需氧量高意味着水中含有大量还原性物质，其中主要是有机污染物。这些有机物污染的来源可能是农药、化工厂、有机肥料等。如果不进行处理，许多有机污染物可在水底被底泥吸附而沉积下来，在今后若干年内对水生生物造成持久的毒害作用。在水生生物大量死亡后，河中的生态系统即被摧毁。人若以水中的生物为食，则会大量吸收这些生物体内的毒素，积累在体内，这些毒物常有致癌、致畸形、致突变的作用。另外，若以受污染的水进行灌溉，则植物、农作物也会受到影响，并对人健康造成极大的危害。

工业废水和市政污水经过生化处理之后，出水中仍然含有一定浓度的有机物，构成了生化处理出水的主要化学需氧量。随着工业废水和市政污水排放标准的不断提高，生化处理系统的出水COD经常难以达标排放，而且中水回用需求也在不断扩大，客观上也需要在工业废水和市政污水生化处理后增加深度处理单元。废水和污水的深度处理技术主要包括吸附、膜分离和高级氧化三类技术等。吸附技术可经济有效地除嗅、脱色、分离重金属和有机污染物，但吸附剂成本较高、不易再生，存在二次污染。膜分离技术分离对象广、出水水质好，但投资和运行成本偏高，产生高浓度污水。高级氧化技术主要是利用氧化剂和自由基氧化降解有机污染物。自由基可与大多数有机物发生快速的链式反应，几乎无选择性地降解有机污染物，且反应速度快、不产生二次污染。其中，光催化技术能在光照条件下产生羟基自由基、超氧基自由基等强氧化性自由基，可有效地将烃类、卤代有机物、表面活性剂、染料、农药、酚类、芳烃类等主要有机污染物降解，最终矿化为CO₂和H₂O，而有机污染物中含有的卤素X、S、P等原子则分别转化为X^–、SO₄^2–、PO₄^3–等离子，达到完全消除有机污染物的目的。

TiO₂是一种典型的n型半导体材料，具有很好的耐光腐蚀性、耐酸碱性、高稳定性、价格低廉等优点，是目前应用最广的光催化剂。但是，TiO₂只能吸收波长小于390nm的紫外光，而紫外光在太阳光中的比例不足5％，因而太阳光利用率低；而且光生电子-空穴容易复合，量子效率也很低，使TiO₂光催化效果受到限制。卤氧化铋(BiOX)光催化剂因具有优异的稳定性、良好的电子传输性、无光腐蚀以及高活性等优点而受到了广泛关注。BiOX具有各向异性的层状结构，[Bi₂O₂]²⁺的层间插入X^-层，在[Bi₂O₂]²⁺和X^-层之间形成的内部电场可以有效分离光生电子-空穴，提高量子效率。通过将BiOX与TiO₂复合形成异质结，可以明显减小能级间距，使激发光范围拓展到可见光区；在提高太阳光利用率的同时，还阻止了光生载流子的复合，显著提高了光催化效率。