復(fù)合光催化劑及其制備方法
【專利說明】 —種負(fù)載型高嶺土 /B i 202C03-B i卩04復(fù)合光催化劑及其制備
方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于無機(jī)環(huán)保光催化材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種負(fù)載型高嶺土 /812020)3^?04復(fù)合光催化劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾十年來，環(huán)境問題已成為人類所面臨最嚴(yán)重的問題，尤其是有毒、有害難降解有機(jī)污染物所引起的環(huán)境問題，已成為影響人類生存與發(fā)展的重大問題。半導(dǎo)體光催化技術(shù)能直接將有機(jī)污染物完全礦化為無毒、無害小分子，且降解過程無二次污染，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的綠色環(huán)境治理技術(shù)。在半導(dǎo)體光催化技術(shù)中，制備高催化活性的光催化劑已成為目前廣大科研工作者最為活躍的研宄方向之一。
[0003]在眾多的光催化材料中，鉍系光催化劑以其獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的可見光吸收能力和較高的有機(jī)物降解能力引起了研宄者的廣泛關(guān)注。812020)3是一種新型的光催化材料，其禁帶寬度為3.4eV，當(dāng)受到能量不低于其帶隙的光照射時(shí)，會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴，具有較強(qiáng)的還原性和氧化性，能夠直接將有機(jī)污染物降解成無毒無害的水和二氧化碳。但是單一的Bi2O2CO3載流子復(fù)合率高和量子效率較低等缺陷限制了其實(shí)用化進(jìn)程。半導(dǎo)體復(fù)合是提高光催化效率的有效手段，通過半導(dǎo)體復(fù)合可以提高系統(tǒng)的電荷分離效果，擴(kuò)展其光譜響應(yīng)范圍。
[0004]81?04是鉍系氧化物中另外一種重要的光催化材料，禁帶寬度為3.85eV，其獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)使其具有較寬的吸收帶隙和較高的光催化活性。研宄表明，Bi2O2CO3光催化劑的導(dǎo)帶電勢Era=0.16eV，價(jià)帶電勢Evb=3.56eV，而BiPO4*催化劑的導(dǎo)帶電勢Ecb=0.43eV，價(jià)帶電勢EVB=4.28eV。在8丨2020)3^?04復(fù)合半導(dǎo)體中，Bi 202C03的導(dǎo)帶電勢更負(fù)，光生電子容易從能級(jí)低的Bi2O2CO3導(dǎo)帶迀移到能級(jí)高的BiPO4導(dǎo)帶上；同時(shí)，BiPO4的價(jià)帶電勢更正，光生空穴容易從能級(jí)高的BiPO4價(jià)帶迀移到能級(jí)低的Bi 202C(Vi介帶上，從而提高光生電荷的分離效率，進(jìn)而提高其光催化活性。
[0005]盡管Bi2O2CO3-BiPO^合型光催劑有較高的光催化活性，但是Bi 202C03_BiP04復(fù)合型光催化劑由于其粒徑較小，在實(shí)際使用過程中容易團(tuán)聚致其光催化活性降低。所以，在實(shí)際應(yīng)用過程中如廢水處理時(shí)，必須將8120#03^?04復(fù)合型光催劑負(fù)載于一定的載體上才能使用。高嶺土是儲(chǔ)量豐富的非金屬礦物，是以高嶺石族礦物為主要成分的土質(zhì)巖石，具有強(qiáng)的離子吸附性和弱的陽離子交換性、強(qiáng)吸水性、易于分散懸浮于水中等特點(diǎn)，非常適合用來作為Bi2O2CO3-BiPO^合型光催化劑的載體，然而目前關(guān)于負(fù)載型高嶺土/Bi 202C03-BiP04復(fù)合光催化劑尚未見相關(guān)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供了一種光催化活性高且易分離回收的負(fù)載型高嶺土 /Bi2O2CO3-BiPO4復(fù)合光催化劑。
[0007]本發(fā)明解決的另一個(gè)技術(shù)問題是提供了一種操作簡單、易于控制且成本低廉的負(fù)載型高嶺土 /Bi2O2CO3-BiPO4復(fù)合光催化劑的制備方法。
[0008]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案，一種負(fù)載型高嶺土 /812020)3^?04復(fù)合光催化劑，其特征在于是通過將Bi 2020)3^卩04復(fù)合型光催化劑與載體顆粒高嶺土復(fù)合而形成的，其中載體顆粒高嶺土與812020)3^?04復(fù)合型光催劑的質(zhì)量比為1-3: LBi2O2CO3-BiPO4復(fù)合型光催化劑中[PO/-]與[Bi3+]的摩爾比為0.05:1。
[0009]本發(fā)明所述的負(fù)載型高嶺土 /Bi2O2CO3-BiPO4復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟:(1)在攪拌條件下將二水合磷酸二氫鈉、五水硝酸鉍、尿素按摩爾比0.05:1:3的比例和去離子混合均勻得到混合溶液，攪拌溶解后加氨水調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為4，再加入高嶺土，然后將混合體系在室溫的條件下繼續(xù)攪拌2小時(shí)；(2)將步驟(I)所得的混合體系轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，然后將水熱反應(yīng)釜放入微波消解儀中于180-200°C微波反應(yīng)10-30分鐘，經(jīng)冷卻、過濾、洗滌、干燥后得到具有高催化活性的負(fù)載型高嶺土 /Bi2O2CO3-BiPO4復(fù)合光催化劑。
[0010]進(jìn)一步限定，步驟(I)所述的混合溶液中硝酸鉍的摩爾濃度為0.05-0.lmol/Lo
[0011]進(jìn)一步限定，步驟(I)中加入高嶺土的質(zhì)量為Bi2O2CO3-BiPO4復(fù)合型光催化劑質(zhì)量的1-3倍。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:以天然礦物高嶺土作為812020)3^?04復(fù)合型光催化劑的載體，可以使Bi 202C03-BiP04復(fù)合型光催化劑牢固地與礦物結(jié)合，進(jìn)而使光催化性能更穩(wěn)定持久；另外，在廢水處理應(yīng)用中，還可以利用高嶺土的離子交換和吸附性能將廢水中的有機(jī)物有效地吸附到Bi2O2CO3-BiPO4復(fù)合型光催化劑的表面，增加催化劑與污染物的接觸幾率，達(dá)到提高光降解效率和降解速率的目的，同時(shí)還可以大大降低光催化劑的制備成本。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說明，但不應(yīng)該將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
[0014]實(shí)施例1
Cl)在攪拌條件下，將物質(zhì)的量分別為0.5X10_3mol、0.0lmoK0.03mol的二水合磷酸二氫鈉、五水硝酸秘、尿素用去離子水配成混合溶液，使硝酸秘的摩爾濃度為0.05mol/L，攪拌溶解后加氨水調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為4，再加入7.722g高嶺土，然后將混合體系在室溫的條件下繼續(xù)攪拌2小時(shí)；
(2)將步驟(I)所得的混合體系轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，然后將水熱反應(yīng)釜放入微波消解儀中于180°C微波反應(yīng)30分鐘，經(jīng)冷卻、過濾、洗滌、干燥后得到具有高催化活性的負(fù)載型高嶺土作12020)3^?04復(fù)合光催化劑。
[0015]實(shí)施例2
Cl)在攪拌條件下，將物質(zhì)的量分別為0.5X10_3mol、0.0lmoK0.03mol的二水合磷酸二氫鈉、五水硝酸秘、尿素用去離子水配成混合溶液，使硝酸秘的摩爾濃度為0.08mol/L，攪拌溶解后加氨水調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為4，再加入5.148g高嶺土，然后將混合體系在室溫的條件下繼續(xù)攪拌2小時(shí)；
(2)將步驟(I)所得的混合體系轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，然后將水熱反應(yīng)釜放入微波消解儀中于180°C微波反應(yīng)20分鐘，經(jīng)冷卻、過濾、洗滌、干燥后得到具有高催化活性的負(fù)載型高嶺土作12020)3^?04復(fù)合光催化劑。
[0016]實(shí)施例3
Cl)在攪拌條件下，將物質(zhì)的量分別為0.5X10_3mol、0.0lmoK0.03mol的二水合磷酸二氫鈉、五水硝酸秘、尿素用去離子水配成混合溶液，使硝酸秘的摩爾濃度為0.lmol/L，攪拌溶解后加氨水調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為4，再加入2.574g高嶺土，然后將混合體系在室溫的條件下繼續(xù)攪拌2小時(shí)；
(2)將步驟(I)所得的混合體系轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，然后將水熱反應(yīng)釜放入微波消解儀中于200°C微波反應(yīng)10分鐘，經(jīng)冷卻、過濾、洗滌、干燥后得到具有高催化活性的負(fù)載型高嶺土作12020)3^?04復(fù)合光催化劑。
[0017]以上實(shí)施例描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明原理的范圍下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)均落入本發(fā)明保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種負(fù)載型高嶺土 /Bi 2020)3^卩04復(fù)合光催化劑，其特征在于是通過將Bi2O2CO3-BiPO4復(fù)合型光催化劑與載體顆粒高嶺土復(fù)合而形成的，其中載體顆粒高嶺土與Bi2O2CO3-BiPO4復(fù)合型光催劑的質(zhì)量比為1-3:1，Bi 202C03-BiP04復(fù)合型光催化劑中[PO/_]與[Bi3+]的摩爾比為0.05:1。2.一種權(quán)利要求1所述的負(fù)載型高嶺土 /Bi 202C03-BiP04復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟:(I)在攪拌條件下將二水合磷酸二氫鈉、五水硝酸鉍、尿素按摩爾比0.05:1:3的比例和去離子混合均勻得到混合溶液，攪拌溶解后加氨水調(diào)節(jié)混合溶液的PH值為4，再加入高嶺土，然后將混合體系在室溫的條件下繼續(xù)攪拌2小時(shí)；(2)將步驟(I)所得的混合體系轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，然后將水熱反應(yīng)釜放入微波消解儀中于180-200°C微波反應(yīng)10-30分鐘，經(jīng)冷卻、過濾、洗滌、干燥后得到具有高催化活性的負(fù)載型高嶺土 /Bi2O2CO3-BiPO4復(fù)合光催化劑。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的負(fù)載型高嶺土/Bi2O2CO3-BiPO4復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于:步驟(I)所述的混合溶液中硝酸鉍的摩爾濃度為0.05-0.lmol/Lo4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的負(fù)載型高嶺土/Bi2O2CO3-BiPO4復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于:步驟(I)中加入高嶺土的質(zhì)量為Bi2O2CO3-BiPO^合型光催化劑質(zhì)量的1-3倍。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種負(fù)載型高嶺土/Bi2O2CO3-BiPO4復(fù)合光催化劑及其制備方法，屬于無機(jī)環(huán)保光催化材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的技術(shù)方案要點(diǎn)是通過將Bi2O2CO3-BiPO4復(fù)合型光催化劑與載體顆粒高嶺土復(fù)合而形成的負(fù)載型高嶺土/Bi2O2CO3-BiPO4復(fù)合光催化劑。本發(fā)明還公開了該負(fù)載型高嶺土/Bi2O2CO3-BiPO4復(fù)合光催化劑的制備方法。本發(fā)明利用高嶺土的離子交換和吸附性能將廢水中的有機(jī)物有效地吸附到Bi2O2CO3-BiPO4復(fù)合型光催化劑的表面，增加催化劑與污染物的接觸幾率，達(dá)到提高光降解效率和降解速率的目的，同時(shí)大大降低了光催化劑的制備成本。
【IPC分類】B01J27/236
【公開號(hào)】CN104971754
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510296197
【發(fā)明人】劉玉民, 曹亞飛, 呂華, 光景
【申請(qǐng)人】河南師范大學(xué)
【公開日】2015年10月14日
【申請(qǐng)日】2015年6月3日