CN105772051A - 一种Bi2O2CO3-BiFeO3复合光催化剂及其制备方法 - Google Patents
一种Bi2O2CO3-BiFeO3复合光催化剂及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种Bi2O2CO3‑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）以五水硝酸铋和去离子水为原料配制五水硝酸铋水溶液，在搅拌的状态下将尿素和九水合硝酸铁按摩尔比1:0.5‑2加入到五水硝酸铋水溶液中；（2）将上述混合溶液搅拌30min后用碱溶液调节混合溶液的pH值为7‑13，然后将混合溶液在室温的条件下继续搅拌1h；（3）将步骤（2）所得的混合溶液转移至水热反应釜中，然后将水热反应釜放入烘箱中于160‑180℃保持18‑24h，待反应结束后经冷却、离心、洗涤、干燥后得到磁性Bi2O2CO3‑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Bi2O2CO3-BiFeO3复合光催化剂及其制备方法。
背景技术
近年来，新型半导体光催化剂的研究成为科学界一直密切关注的热点之一，而增强其光催化活性从而更有效地分解水和降解有机污染物是研究的重点。光催化降解污染物是近年来发展起来的一种节能、高效的绿色环保技术，因其具有能耗低、反应条件温和、二次污染少和设备简单等优势而成为环境治理技术中的未来之星。
在众多的光催化材料中，铋系氧化物具有催化活性高、无毒和光腐蚀性低等特性，已成为研究的热点。Bi2O2CO3是一种新型的光催化材料，其禁带宽度为3.4eV，然而Bi2O2CO3光催化剂在使用过程中具有光生电子和空穴易复合，量子效率低，光催化活性偏低等特性，严重限制了其在工业中的应用。为了提高Bi2O2CO3光量子效率，将其与具有理想带隙的其它半导体相复合，利用两种半导体之间的能级差能使光生截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，从而提高光生电荷的分离效率，进而提高其光催化性能。BiFeO3是铋系氧化物中另外一种重要的光催化材料，它同时具有铁电和铁磁特性，成为大多数多铁性材料在光催化方面应用的研究热点之一，它具有相对较窄的禁带宽度，其禁带宽度为2.2eV，具有良好的可见光响应。然而，目前尚没有相关文献关于Bi2O2CO3-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光量子效率高、易于回收、可见光吸收和光催化活性好的磁性Bi2O2CO3-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Bi2O2CO3-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Bi2O2CO3-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，在搅拌的状态下将尿素和九水合硝酸铁按摩尔比1:0.5-2加入到五水硝酸铋水溶液中；（2）将上述混合溶液搅拌30min后用碱溶液调节混合溶液的pH值为7-13，然后将混合溶液在室温的条件下继续搅拌1h；（3）将步骤（2）所得的混合溶液转移至水热反应釜中，然后将水热反应釜放入烘箱中于160-180℃保持18-24h，待反应结束后经冷却、离心、洗涤、干燥后得到磁性Bi2O2CO3-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Bi2O2CO3-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、Bi2O2CO3光催化剂的导带电势ECB=0.16eV，价带电势EVB=3.56eV，而BiFeO3光催化剂的导带电势ECB=0.1eV，价带电势EVB=2.3eV，在Bi2O2CO3-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Bi2O2CO3导带上，同时Bi2O2CO3的价带电势更正，光生空穴容易从能级高的Bi2O2CO3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Bi2O2CO3-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Bi2O2CO3的复合使Bi2O2CO3-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为本发明实施例2制得的Bi2O2CO3-BiFeO3复合光催化剂的扫描电镜图；
图2为300W汞灯照射下，本发明实施例2制得的Bi2O2CO3-BiFeO3复合光催化剂和纯Bi2O2CO3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100mL摩尔浓度为0.5mol/L的五水硝酸铋水溶液，在搅拌的状态下将物质的量分别为0.02mol和0.01mol尿素和九水合硝酸铁入到五水硝酸铋水溶液中；
（2）将上述混合溶液搅拌30min后用氢氧化钠溶液调节混合溶液的pH值为7，然后将混合溶液在室温的条件下继续搅拌1h；
（3）将步骤（2）所得的混合溶液转移至水热反应釜中，然后将水热反应釜放入烘箱中于160℃保持24h，待反应结束后经冷却、离心、洗涤、干燥后得到具有高催化活性的磁性Bi2O2CO3-BiFeO3复合光催化剂。
实施例2
（1）以五水硝酸铋和去离子水为原料配制100mL摩尔浓度为0.75mol/L的五水硝酸铋水溶液，在搅拌的状态下将物质的量分别为0.025mol和0.025mol尿素和九水合硝酸铁加入到五水硝酸铋水溶液中；
（2）将上述混合溶液搅拌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）所得的混合溶液转移至水热反应釜中，然后将水热反应釜放入烘箱中在170℃保持20h，待反应结束后经冷却、离心、洗涤、干燥后得到具有高催化活性的磁性Bi2O2CO3-BiFeO3复合光催化剂。
图1是本实施例制得的Bi2O2CO3-BiFeO3复合光催化剂的扫描电镜图，由图可知，所制备Bi2O2CO3-BiFeO3复合光催化剂为纳米级片状结构。图2是300W汞灯照射下，本实施例制得的Bi2O2CO3-BiFeO3复合光催化剂和纯Bi2O2CO3光催剂对罗丹明B的降解对比曲线图，由图可知，在相同的条件下，光照80min后，纯Bi2O2CO3光催化剂对罗丹明B的降解率为82%左右，而Bi2O2CO3-BiFeO3复合光催化剂对罗丹明B的降解率可达到93%左右，表现出明显增强的光催化活性。
实施例3
（1）以五水硝酸铋和去离子水为原料配制100mL摩尔浓度为1mol/L的五水硝酸铋水溶液，在搅拌的状态下将物质的量分别为0.025mol和0.05mol尿素和九水合硝酸铁加入到五水硝酸铋水溶液中；
（2）将上述混合溶液搅拌30min后用氢氧化钠溶液调节混合溶液的pH值为13，然后将混合溶液在室温的条件下继续搅拌1h；
（3）将步骤（2）所得的混合溶液转移至水热反应釜中，然后将水热反应釜放入烘箱中在180℃保持18h，待反应结束后经冷却、离心、洗涤、干燥后得到具有高催化活性的磁性Bi2O2CO3-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Bi2O2CO3-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，在搅拌的状态下将尿素和九水合硝酸铁按摩尔比1:0.5-2加入到五水硝酸铋水溶液中；（2）将上述混合溶液搅拌30min后用碱溶液调节混合溶液的pH值为7-13，然后将混合溶液在室温的条件下继续搅拌1h；（3）将步骤（2）所得的混合溶液转移至水热反应釜中，然后将水热反应釜放入烘箱中于160-180℃保持18-24h，待反应结束后经冷却、离心、洗涤、干燥后得到磁性Bi2O2CO3-BiFeO3复合光催化剂。
2.根据权利要求1所述的Bi2O2CO3-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Bi2O2CO3-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Bi2O2CO3-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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