復(fù)合光催化劑及其制備方法
【專利說明】 —種負(fù)載型N i Fe204/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NiFe2O4/812020)3^?04復(fù)合光催化劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，新型光催化劑的研宄引起國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，其在光解水和降解有機(jī)污染物的應(yīng)用方面更是受到了廣泛研宄，許多新型光催化材料已見諸報(bào)。81202(:03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，能直接將有機(jī)污染物降解成無毒無害的水和二氧化碳。然而，在實(shí)際應(yīng)用過程Bi2O2CO3*激發(fā)產(chǎn)生電子與空穴的復(fù)合率較高、光量子效率低，不能滿足工業(yè)應(yīng)用的需要。因此，對Bi2O2CO3進(jìn)行改性并將其固定在適當(dāng)?shù)妮d體上，以提高其光催化活性和重復(fù)使用性能已成為當(dāng)前的重要研宄方向之一。半導(dǎo)體復(fù)合是改善Bi2O2CO3*催化性能的有效手段，根據(jù)不同半導(dǎo)體導(dǎo)帶和價(jià)帶能級的差異，半導(dǎo)體復(fù)合可以使光生載流子得到有效的分離，降低載流子的復(fù)合幾率，提高量子效率，進(jìn)而提高其光催化活性。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Ecb=0.16eV，價(jià)帶電勢EVB=3.56eV，而BiPO4光催化劑的導(dǎo)帶電勢Era=0.43eV，價(jià)帶電勢EVB=4.28eV。在Bi2O2CO3-BiPO4復(fù)合型半導(dǎo)體中，Bi 2020)3的導(dǎo)帶電勢更負(fù)，光生電子容易從能級低的Bi2O2CO3導(dǎo)帶迀移到能級高的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高的BiPO4價(jià)帶迀移到能級低的Bi 202C03價(jià)帶上，從而提尚光生電荷的分尚效率，進(jìn)而提尚其光催化活性。
[0003]然而，在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，Bi2O2CO3-BiPO4復(fù)合型光催化劑由于其粒徑較小，存在易凝聚、易失活、利用效率低和分離回收困難等問題，使其在廢水處理方面的應(yīng)用受到很大的制約。因此，在實(shí)際應(yīng)用過程中如廢水處理時(shí)，必須將Bi2O2CO3-BiPO4復(fù)合型光催化劑負(fù)載于一定的載體上才能使用。近些年來，關(guān)于可磁性分離的磁載新型光催化劑的研宄已經(jīng)成為國內(nèi)外研宄的熱點(diǎn)，把催化劑固定在磁性載體上，使其既具有較好的光催化活性，又能多次循環(huán)再利用，解決了光催化技術(shù)在廢水處理中的關(guān)鍵問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]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于分離回收并循環(huán)使用的負(fù)載型附？6204作丨2020)3^?04復(fù)合光催化劑。
[0005]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NiFe2CVBi2O2CO3-BiPO4復(fù)合光催化劑的制備方法。
[0006]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NiFe2O4/812020)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軟磁性NiFe2O4復(fù)合而形成的，其中載體顆粒軟磁性NiFe 204與Bi 202C03_BiP04復(fù)合型光催化劑的質(zhì)量比為0.1-0.3: LBi2O2CO3-BiPO4復(fù)合型光催化劑中[P0 43_]與[Bi3+]的摩爾比為 0.05:1。
[0007]本發(fā)明所述的負(fù)載型NiFe2CVBi2O2CO3-BiPO4復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟:(I)將硝酸鎳和硝酸鐵按摩爾比1:2的比例與去離子水混合均勻得到混合溶液，再向混合溶液中加入乙二胺四乙酸二鈉(EDTA)，其中EDTA的加入量與硝酸鎳的摩爾比為1.5:1，將所得的混合體系在80°C的水浴中保持12h得到濕凝膠，濕凝膠經(jīng)110°C干燥得到干凝膠，然后將干凝膠于500-60(TC煅燒Ih得到軟磁性NiFe2O4; (2)在攪拌條件下將二水合磷酸二氫鈉、五水硝酸鉍和尿素按摩爾比0.05:1:3的比例與去離子水混合均勻得到混合溶液，向混合溶液中加入氨水調(diào)節(jié)混合溶液的PH值為4，加入軟磁性NiFe2O4,將混合體系在室溫的條件下繼續(xù)攪拌2h后轉(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)10-30min，經(jīng)冷卻、過濾、洗滌、干燥后得到具有高催化活性的負(fù)載型附？6204作丨2020)3^?04復(fù)合光催化劑。
[0008]進(jìn)一步限定，步驟(I)的混合溶液中硝酸鎳的摩爾濃度為0.05-0.lmol/L。
[0009]進(jìn)一步限定，步驟(2)的混合溶液中硝酸鉍的摩爾濃度為0.05-0.lmol/L。
[0010]進(jìn)一步限定，步驟(2)中加入軟磁性NiFe2O4的質(zhì)量為Bi 202C03_BiP04復(fù)合型光催化質(zhì)量的0.1-0.3倍。
[0011]本發(fā)明的負(fù)載型NiFe204/Bi202C03-BiP04復(fù)合光催化劑的光催化活性高且易分離回收并重復(fù)循環(huán)使用，制備過程操作簡單、易于控制且成本低廉。
【具體實(shí)施方式】
[0012]以下通過實(shí)施例對本發(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。
[0013]實(shí)施例1
(1)在攪拌條件下，將物質(zhì)的量分別為2.2X 10_3mol和4.4X 1^mol的硝酸鎳和硝酸鐵用去離子水配成混合溶液，混合溶液中硝酸鉍的摩爾濃度為0.05mol/L,然后向混合溶液中加入3.3 X 1^mol的EDTA，將所得的混合體系在80°C的水浴中保持12h得到濕凝膠，濕凝膠經(jīng)110°C干燥得到干凝膠，然后將干凝膠于600°C煅燒Ih得到軟磁性NiFe2O4;
(2)在攪拌條件下，將物質(zhì)的量分別為1.0X10_3mol、0.02mol和0.06mol的二水合磷酸二氫鈉、五水硝酸鉍和尿素用去離子水配成混合溶液，混合溶液中硝酸鉍的摩爾濃度為0.05mol/L，向混合溶液中加入氨水調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為4，然后加入0.515g步驟(I)制得的軟磁性NiFe2O4,將混合體系在室溫的條件下繼續(xù)攪拌2h后轉(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)30min，經(jīng)冷卻、過濾、洗滌、干燥后得到具有高催化活性的負(fù)載型附？6204作丨2020)3^?04復(fù)合光催化劑。
[0014]實(shí)施例2
(I)在攪拌條件下，將物質(zhì)的量分別為4.4X 10_3mol和8.8X 10_3mol的硝酸鎳和硝酸鐵用去離子水配成混合溶液，混合溶液中硝酸鉍的摩爾濃度為0.08mol/L,然后向混合溶液中加入6.6 X 1^mol的EDTA，將所得的混合體系在80°C的水浴中保持12h得到濕凝膠，濕凝膠經(jīng)110°c干燥得到干凝膠，然后將干凝膠于550°C煅燒Ih得到軟磁性NiFe2O4;
(2)在攪拌條件下，將物質(zhì)的量分別為1.0X10_3mol、0.02mol和0.06mol的二水合磷酸二氫鈉、五水硝酸鉍和尿素用去離子水配成混合溶液，混合溶液中硝酸鉍的摩爾濃度為0.08mol/L，向混合溶液中加入氨水調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為4，然后加入1.03g步驟(I)制得的軟磁性NiFe2O4,將混合體系在室溫的條件下繼續(xù)攪拌2h后轉(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)20min，經(jīng)冷卻、過濾、洗滌、干燥后得到具有高催化活性的負(fù)載型附？6204作丨2020)3^?04復(fù)合光催化劑。
[0015]實(shí)施例3
(1)在攪拌條件下，將物質(zhì)的量分別為6.6X 10_3mol和13.2 X 1^mol的硝酸鎳和硝酸鐵用去離子水配成混合溶液，混合溶液中硝酸鉍的摩爾濃度為0.lmol/L，然后向混合溶液中加入9.9 X 1^mol的EDTA，將所得的混合體系在80°C的水浴中保持12h得到濕凝膠，濕凝膠經(jīng)110°C干燥得到干凝膠，然后將干凝膠在500°C煅燒Ih得到軟磁性NiFe2O4;
(2)在攪拌條件下，將物質(zhì)的量分別為1.0X10_3mol、0.02mol和0.06mol的二水合磷酸二氫鈉、五水硝酸鉍和尿素用去離子水配成混合溶液，混合溶液中硝酸鉍的摩爾濃度為
0.lmol/L,向混合溶液中加入氨水調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為4，然后加入1.545g步驟(I)制得的軟磁性NiFe2O4,將混合體系在室溫的條件下繼續(xù)攪拌2h后轉(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)lOmin，經(jīng)冷卻、過濾、洗滌、干燥后得到具有高催化活性的負(fù)載型附？6204作丨2020)3^?04復(fù)合光催化劑。
[0016]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NiFe 204/Bi202C03-BiP0^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軟磁性NiFe 204復(fù)合而形成的，其中載體顆粒軟磁性NiFe2O4與Bi 202C03-BiP04復(fù)合型光催化劑的質(zhì)量比為0.1-0.3:1,Bi 202C03_BiP04復(fù)合型光催化劑中[PO43I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NiFe 204/Bi202C03-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)將硝酸鎳和硝酸鐵按摩爾比1:2的比例與去離子水混合均勻得到混合溶液，再向混合溶液中加入EDTA，其中EDTA的加入量與硝酸鎳的摩爾比為1.5:1，將所得的混合體系在80°C的水浴中保持12h得到濕凝膠，濕凝膠經(jīng)110°C干燥得到干凝膠，然后將干凝膠于500-600°C煅燒Ih得到軟磁性NiFe2O4; (2)在攪拌條件下將二水合磷酸二氫鈉、五水硝酸鉍和尿素按摩爾比0.05:1:3的比例與去離子水混合均勻得到混合溶液，再向混合溶液中加入氨水調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為4，加入軟磁性NiFe2O4,將混合體系在室溫的條件下繼續(xù)攪拌2h后轉(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)10-30min，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NiFe204/Bi202C03-BiP04 復(fù)合光催化劑。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的負(fù)載型NiFe204/Bi202C03-BiP04復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于:步驟(I)的混合溶液中硝酸鎳的摩爾濃度為0.05-0.lmol/Lo4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的負(fù)載型NiFe204/Bi202C03-BiP04復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于:步驟(2)的混合溶液中硝酸鉍的摩爾濃度為0.05-0.lmol/Lo5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的負(fù)載型NiFe204/Bi202C03-BiP04復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于:步驟(2)中加入軟磁性NiFe2O4的質(zhì)量為Bi 202C03_BiP04復(fù)合型光催化質(zhì)量的.0.1-0.3 倍。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種負(fù)載型NiFe2O4/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軟磁性NiFe2O4復(fù)合而形成的。本發(fā)明還公開了該負(fù)載型NiFe2O4/Bi2O2CO3-BiPO4復(fù)合光催化劑的制備方法。本發(fā)明的負(fù)載型NiFe2O4/Bi2O2CO3-BiPO4復(fù)合光催化劑的光催化活性高且易分離回收并能夠重復(fù)循環(huán)使用，制備過程操作簡單、易于控制且成本低廉。
【IPC分類】B01J27/236
【公開號】CN104971755
【申請?zhí)枴緾N201510296198
【發(fā)明人】劉玉民, 李爽, 呂華
【申請人】河南師范大學(xué)
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2015年6月3日