CN105772046A - 一种BiPO4-BiFeO3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BiPO4‑BiFeO3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为：（1）配制五水硝酸铋水溶液，将磷酸二氢钠和硝酸铁加入到五水硝酸铋水溶液中形成混合溶液；（2）将步骤（1）得到的混合溶液搅拌30min后用碱溶液调节混合溶液的pH值为9‑11，然后将混合溶液在室温条件下继续搅拌1h；（3）将步骤（2）得到的混合溶液转移至水热反应釜并放入微波消解仪中于180℃微波反应10‑30min，待反应结束后经冷却、离心、洗涤、干燥后制得磁性BiPO4‑BiFeO3复合光催化剂。本发明制得的复合光催化剂具有较高的可见光利用率和光催化活性，并且具有磁性便于回收再生循环使用。
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BiPO4-BiFeO3复合光催化剂及其制备方法。
背景技术
光催化技术具有反应条件温和、能耗低和能矿化污水中绝大多数有机物等突出优点，在难降解有机物处理中具有其他传统水处理工艺所无法比拟的优势，是一种极具发展前途的水处理技术。
BiPO4是一种新型的非金属含氧酸盐光催化剂，由于光催化活性高和成本低引起人们的关注。但由于其带隙较宽，光生空穴和电子易复合，光量子效率低，对太阳能的利用率还不够理想。为了提高BiPO4的光量子效率，将其与具有理想带隙的半导体材料相复合，利用两种半导体之间的能级差能使光生载流子由一种半导体微粒的能级注入到另一种半导体的能级上，使电荷有效分离，是提高BiPO4太阳能利用率和光量子效率的有效途径。然而，目前尚没有相关文献关于BiPO4-BiFeO3复合光催化剂的报道。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种太阳能利用率高、光量子效率高、易于回收且光催化活性好的磁性BiPO4-BiFeO3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简单易行且方便操作的BiPO4-BiFeO3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BiPO4-BiFeO3复合光催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）以五水硝酸铋和去离子水为原料配制五水硝酸铋水溶液，在搅拌条件下将磷酸二氢钠和硝酸铁加入到五水硝酸铋水溶液中形成混合溶液，其中所加磷酸二氢钠和硝酸铁的摩尔比为1:0.5-2；（2）将步骤（1）得到的混合溶液搅拌30min后用碱溶液调节混合溶液的pH值为9-11，然后将混合溶液在室温条件下继续搅拌1h；（3）将步骤（2）得到的混合溶液转移至水热反应釜，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180℃微波反应10-30min，待反应结束后经冷却、离心、洗涤、干燥后制得磁性BiPO4-BiFeO3复合光催化剂。
进一步优选，步骤（1）中五水硝酸铋水溶液的摩尔浓度为0.5-1mol/L。
进一步优选，步骤（2）中碱溶液为氢氧化钠溶液。
本发明所述的BiPO4-BiFeO3复合光催化剂，是按照上述方法制备得到的。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、BiPO4光催化剂的导带电势ECB=0.44eV，价带电势EVB=4.27eV，而BiFeO3光催化剂的导带电势ECB=0.1eV，价带电势EVB=2.3eV，在BiPO4- BiFeO3复合半导体中，BiFeO3的导带电势更负，光生电子容易从能级低的BiFeO3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BiFeO3价带上，从而提高光生电荷的分离效率，进而提高其光催化性能；
2、BiFeO3禁带较窄，能有效拓展BiPO4-BiFeO3复合光催化剂对可见光的利用率，进而有效提高光的利用率和光催化活性；
3、BiFeO3本身具有磁性，BiFeO3与BiPO4的复合使BiPO4-BiFeO3复合光催化剂也具有磁性，利用磁分离技术可将其从废水处理体系中快速分离出来，解决了光催化剂使用后难以回收的难题，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为300W汞灯照射下，本发明实施例1制得的BiPO4-BiFeO3复合光催化剂和纯BiPO4光催剂对罗丹明B的降解对比曲线图（操作条件：催化剂的量：0.1g；罗丹明B的质量浓度：5mg/L）。
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）以五水硝酸铋和去离子水为原料配制200mL摩尔浓度为0.1mol/L的五水硝酸铋水溶液，在搅拌条件下将0.01mol的磷酸二氢钠和0.01mol的硝酸铁加入到五水硝酸铋水溶液中形成混合溶液；
（2）将步骤（1）得到的混合溶液搅拌30min后用氢氧化钠溶液调节混合溶液的pH值为9，然后将混合溶液在室温的条件下继续搅拌1h；
（3）将步骤（2）得到的混合溶液转移至水热反应釜，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180℃微波反应30min，待反应结束后经冷却、离心、洗涤、干燥后制得具有高催化活性的磁性BiPO4-BiFeO3复合光催化剂。
图1是300W汞灯照射下，本实施例制得的BiPO4-BiFeO3复合光催化剂和纯BiPO4光催剂对罗丹明B的降解对比曲线图，由图可知在模拟可见光的照射下，光照4h后，纯BiPO4光催化剂对罗丹明B的降解率为19%左右，而BiPO4-BiFeO3复合光催化剂对罗丹明B的降解率可达到92%左右，表现出明显增强的光催化活性。
实施例2
（1）以五水硝酸铋和去离子水为原料配制200mL摩尔浓度为0.3mol/L的五水硝酸铋水溶液，在搅拌条件下将0.02mol的磷酸二氢钠和0.04mol的硝酸铁加入到五水硝酸铋水溶液中形成混合溶液；
（2）将步骤（1）得到的混合溶液搅拌30min后用氢氧化钠溶液调节混合溶液的pH值为10，然后将混合溶液在室温的条件下继续搅拌1h；
（3）将步骤（2）得到的混合溶液转移至水热反应釜，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180℃微波反应20min，待反应结束后经冷却、离心、洗涤、干燥后制得具有高催化活性的磁性BiPO4-BiFeO3复合光催化剂。
实施例3
（1）以五水硝酸铋和去离子水为原料配制200mL摩尔浓度为0.5mol/L的五水硝酸铋水溶液，在搅拌条件下将0.05mol的磷酸二氢钠和0.025mol的硝酸铁加入到五水硝酸铋水溶液中形成混合溶液；
（2）将步骤（1）得到的混合溶液搅拌30min后用氢氧化钠溶液调节混合溶液的pH值为11，然后将混合溶液在室温的条件下继续搅拌1h；
（3）将步骤（2）得到的混合溶液转移至水热反应釜，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180℃微波反应10min，待反应结束后经冷却、离心、洗涤、干燥后制得具有高催化活性的磁性BiPO4-BiFeO3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BiPO4-BiFeO3复合光催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）以五水硝酸铋和去离子水为原料配制五水硝酸铋水溶液，在搅拌条件下将磷酸二氢钠和硝酸铁加入到五水硝酸铋水溶液中形成混合溶液，其中所加磷酸二氢钠和硝酸铁的摩尔比为1:0.5-2；（2）将步骤（1）得到的混合溶液搅拌30min后用碱溶液调节混合溶液的pH值为9-11，然后将混合溶液在室温条件下继续搅拌1h；（3）将步骤（2）得到的混合溶液转移至水热反应釜，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180℃微波反应10-30min，待反应结束后经冷却、离心、洗涤、干燥后制得磁性BiPO4-BiFeO3复合光催化剂。
2.根据权利要求1所述的BiPO4-BiFeO3复合光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）中五水硝酸铋水溶液的摩尔浓度为0.5-1mol/L。
3. 根据权利要求1所述的BiPO4-BiFeO3复合光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）中碱溶液为氢氧化钠溶液。
4. 一种BiPO4-BiFeO3复合光催化剂，其特征在于是按照权利要求1-3中任意一项所述的方法制备得到的。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160720 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |