CN104971754A - 一种负载型高岭土/Bi2O2CO3-BiPO4复合光催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种负载型高岭土/Bi2O2CO3-BiPO4复合光催化剂及其制备方法，属于无机环保光催化材料技术领域。本发明的技术方案要点是通过将Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂与载体颗粒高岭土复合而形成的负载型高岭土/Bi2O2CO3-BiPO4复合光催化剂。本发明还公开了该负载型高岭土/Bi2O2CO3-BiPO4复合光催化剂的制备方法。本发明利用高岭土的离子交换和吸附性能将废水中的有机物有效地吸附到Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂的表面，增加催化剂与污染物的接触几率，达到提高光降解效率和降解速率的目的，同时大大降低了光催化剂的制备成本。
Description
技术领域
本发明属于无机环保光催化材料技术领域，具体涉及一种负载型高岭土/Bi2O2CO3-BiPO4复合光催化剂及其制备方法。
背景技术
近几十年来，环境问题已成为人类所面临最严重的问题，尤其是有毒、有害难降解有机污染物所引起的环境问题，已成为影响人类生存与发展的重大问题。半导体光催化技术能直接将有机污染物完全矿化为无毒、无害小分子，且降解过程无二次污染，是一种具有广阔应用前景的绿色环境治理技术。在半导体光催化技术中，制备高催化活性的光催化剂已成为目前广大科研工作者最为活跃的研究方向之一。
在众多的光催化材料中，铋系光催化剂以其独特的电子结构、优良的可见光吸收能力和较高的有机物降解能力引起了研究者的广泛关注。Bi2O2CO3是一种新型的光催化材料，其禁带宽度为3.4eV，当受到能量不低于其带隙的光照射时，会产生导带电子和价带空穴，具有较强的还原性和氧化性，能够直接将有机污染物降解成无毒无害的水和二氧化碳。但是单一的Bi2O2CO3载流子复合率高和量子效率较低等缺陷限制了其实用化进程。半导体复合是提高光催化效率的有效手段，通过半导体复合可以提高系统的电荷分离效果，扩展其光谱响应范围。
BiPO4是铋系氧化物中另外一种重要的光催化材料，禁带宽度为3.85eV，其独特的晶体结构和电子结构使其具有较宽的吸收带隙和较高的光催化活性。研究表明，Bi2O2CO3光催化剂的导带电势ECB=0.16eV，价带电势EVB=3.56eV，而BiPO4光催化剂的导带电势ECB=0.43eV，价带电势EVB=4.28eV。在Bi2O2CO3-BiPO4复合半导体中，Bi2O2CO3的导带电势更负，光生电子容易从能级低的Bi2O2CO3导带迁移到能级高的BiPO4导带上；同时，BiPO4的价带电势更正，光生空穴容易从能级高的BiPO4价带迁移到能级低的Bi2O2CO3价带上，从而提高光生电荷的分离效率，进而提高其光催化活性。
尽管Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催剂有较高的光催化活性，但是Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂由于其粒径较小，在实际使用过程中容易团聚致其光催化活性降低。所以，在实际应用过程中如废水处理时，必须将Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催剂负载于一定的载体上才能使用。高岭土是储量丰富的非金属矿物，是以高岭石族矿物为主要成分的土质岩石，具有强的离子吸附性和弱的阳离子交换性、强吸水性、易于分散悬浮于水中等特点，非常适合用来作为Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂的载体，然而目前关于负载型高岭土/Bi2O2CO3-BiPO4复合光催化剂尚未见相关报道。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种光催化活性高且易分离回收的负载型高岭土/Bi2O2CO3-BiPO4复合光催化剂。
本发明解决的另一个技术问题是提供了一种操作简单、易于控制且成本低廉的负载型高岭土/Bi2O2CO3-BiPO4复合光催化剂的制备方法。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种负载型高岭土/Bi2O2CO3-BiPO4复合光催化剂，其特征在于是通过将Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂与载体颗粒高岭土复合而形成的，其中载体颗粒高岭土与Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催剂的质量比为1-3:1，Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂中[PO4 3-]与[Bi3+]的摩尔比为0.05:1。
本发明所述的负载型高岭土/Bi2O2CO3-BiPO4复合光催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）在搅拌条件下将二水合磷酸二氢钠、五水硝酸铋、尿素按摩尔比0.05:1:3的比例和去离子混合均匀得到混合溶液，搅拌溶解后加氨水调节混合溶液的pH值为4，再加入高岭土，然后将混合体系在室温的条件下继续搅拌2小时；（2）将步骤（1）所得的混合体系转移至水热反应釜中，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180-200℃微波反应10-30分钟，经冷却、过滤、洗涤、干燥后得到具有高催化活性的负载型高岭土/Bi2O2CO3-BiPO4复合光催化剂。
进一步限定，步骤（1）所述的混合溶液中硝酸铋的摩尔浓度为0.05-0.1mol/L。
进一步限定，步骤（1）中加入高岭土的质量为Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂质量的1-3倍。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：以天然矿物高岭土作为Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂的载体，可以使Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂牢固地与矿物结合，进而使光催化性能更稳定持久；另外，在废水处理应用中，还可以利用高岭土的离子交换和吸附性能将废水中的有机物有效地吸附到Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂的表面，增加催化剂与污染物的接触几率，达到提高光降解效率和降解速率的目的，同时还可以大大降低光催化剂的制备成本。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
（1）在搅拌条件下，将物质的量分别为0.5×10-3mol、0.01mol、0.03mol的二水合磷酸二氢钠、五水硝酸铋、尿素用去离子水配成混合溶液，使硝酸铋的摩尔浓度为0.05mol/L，搅拌溶解后加氨水调节混合溶液的pH值为4，再加入7.722g高岭土，然后将混合体系在室温的条件下继续搅拌2小时；
（2）将步骤（1）所得的混合体系转移至水热反应釜中，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180℃微波反应30分钟，经冷却、过滤、洗涤、干燥后得到具有高催化活性的负载型高岭土/Bi2O2CO3-BiPO4复合光催化剂。
实施例2
（1）在搅拌条件下，将物质的量分别为0.5×10-3mol、0.01mol、0.03mol的二水合磷酸二氢钠、五水硝酸铋、尿素用去离子水配成混合溶液，使硝酸铋的摩尔浓度为0.08mol/L，搅拌溶解后加氨水调节混合溶液的pH值为4，再加入5.148g高岭土，然后将混合体系在室温的条件下继续搅拌2小时；
（2）将步骤（1）所得的混合体系转移至水热反应釜中，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180℃微波反应20分钟，经冷却、过滤、洗涤、干燥后得到具有高催化活性的负载型高岭土/Bi2O2CO3-BiPO4复合光催化剂。
实施例3
（1）在搅拌条件下，将物质的量分别为0.5×10-3mol、0.01mol、0.03mol的二水合磷酸二氢钠、五水硝酸铋、尿素用去离子水配成混合溶液，使硝酸铋的摩尔浓度为0.1mol/L，搅拌溶解后加氨水调节混合溶液的pH值为4，再加入2.574g高岭土，然后将混合体系在室温的条件下继续搅拌2小时；
（2）将步骤（1）所得的混合体系转移至水热反应釜中，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于200℃微波反应10分钟，经冷却、过滤、洗涤、干燥后得到具有高催化活性的负载型高岭土/Bi2O2CO3-BiPO4复合光催化剂。
以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。
Claims (4)
1.一种负载型高岭土/Bi2O2CO3-BiPO4复合光催化剂，其特征在于是通过将Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂与载体颗粒高岭土复合而形成的，其中载体颗粒高岭土与Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催剂的质量比为1-3:1，Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂中[PO4 3-]与[Bi3+]的摩尔比为0.05:1。
2.一种权利要求1所述的负载型高岭土/Bi2O2CO3-BiPO4复合光催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）在搅拌条件下将二水合磷酸二氢钠、五水硝酸铋、尿素按摩尔比0.05:1:3的比例和去离子混合均匀得到混合溶液，搅拌溶解后加氨水调节混合溶液的pH值为4，再加入高岭土，然后将混合体系在室温的条件下继续搅拌2小时；（2）将步骤（1）所得的混合体系转移至水热反应釜中，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180-200℃微波反应10-30分钟，经冷却、过滤、洗涤、干燥后得到具有高催化活性的负载型高岭土/Bi2O2CO3-BiPO4复合光催化剂。
3. 根据权利要求2所述的负载型高岭土/Bi2O2CO3-BiPO4复合光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的混合溶液中硝酸铋的摩尔浓度为0.05-0.1mol/L。
4. 根据权利要求2所述的负载型高岭土/Bi2O2CO3-BiPO4复合光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）中加入高岭土的质量为Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂质量的1-3倍。
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