CN106669741A - 一种可见光驱动的半导体光触媒、其制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可见光驱动的半导体光触媒、其制备方法和应用，该制备方法包括以下步骤：（1）直接向a-Bi2O3水浊液中滴加浓盐酸和FeCl3溶液，在0-100℃下密封加热搅拌一定时间；（2）将步骤（1）中所得的混合物水洗除去多余H+，在一定温度下干燥一定时间后制得半导体光触媒Fe(III)-BiOCl/Bi2O3。本发明方法简单，重复性强，且所用材料均为无机化合物，廉价易得，可实现规模化生产，同时本发明方法所制得的光触媒能够在太阳光直射、漫反射（波长<650nm）条件下，快速去除污水中的有机污染物及重金属离子，此外，还具有高效净化空气的效果和超亲水性，使水滴均匀分布，去除雾气。

Description

一种可见光驱动的半导体光触媒、其制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种可见光驱动的半导体光触媒、其制备方法及其应用。
背景技术
现有半导体光触媒主要以TiO2为主。由于TiO2近代宽度较大（3.2ev），只有波长低于387nm的紫外光才能激发，即便是通过掺杂、贵金属沉积、负载等技术实现可见光响应，也只能在极其有限的氛围内利用太阳光，在太阳光驱动下几乎没有催化效果。若利用紫外光进行照射，会产生大量的O3，对人体有害，不适于室内、车载等密闭空间使用，也不适合大规模工业化生产。
目前，大气污染、水污染已迫在眉睫，现有技术和政策多为在线监控、预测预防等，还没有有效的技术治理现有的水、气污染物，本发明有助于解决环境污染问题，推进生态文明建设。
发明内容
本发明要解决的问题时提供一种可见光驱动的半导体光触媒、制备方法及其应用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种可见光驱动的半导体光触媒的制备方法，其特征在于，包括步骤：
（1）直接向a-Bi2O3水浊液中滴加浓盐酸和FeCl3溶液，在0-100℃下密封加热搅拌一定时间；优选的加热温度为90℃，优选的加热搅拌时间为0.5-2h；更一步优选的加热搅拌时间是1h。
（2）将步骤（1）中所得的混合物水洗除去多余H+，在一定温度下干燥一定时间后制得半导体光触媒Fe(III)-BiOCl/Bi2O3。作为优选地，水洗至少进行3次，优选的干燥温度为110℃，干燥时间为10h。
优选地，步骤（1）之前还包括水热法制备a-Bi2O3原料，a-Bi2O3原料的制备步骤包括：
称取一定量的Bi(NO3)3˙5H2O溶解于稀HNO3溶液中，滴加适量NaOH（1g/2ml）溶液至完全沉淀，加热，水洗三次，120℃干燥10h，在马弗炉中煅烧450℃ 5h制得a-Bi2O3。
本发明还包括用上述方法获得的半导体光触媒产品，该半导体光触媒是在a-Bi2O3体相上产生BiOCl并负载Fe(III)形成的Fe(III)-BiOCl/Bi2O3，及该产品在去除污水中有机污染物及重金属离子、去除空气中有害气体、玻璃制品的防雾、及玻璃或建筑物表面自清洁中的应用。
与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：
（1）本发明方法简单，重复性强，且所用材料均为无机化合物，廉价易得，可实现规模化生产；
（2）本发明所得光触媒是在a-Bi2O3体相上生成BiOCl并负载Fe(III)，区别于传统的物理技术（机械的将两种光触媒通过物理方法放在一起），有利于光生电子和光生空穴的转移和分离，拓宽可见光相应范围至650nm，大大提高光催化活性；
（3）可见光（650nm）照射下，Fe(III)-BiOCl/Bi2O3半导体光触媒在降解有机染料、工业废水、生活污水及挥发性气体（甲醛、苯、氮氧化物等）等方面，效果显著；具体地，在可见光驱动下，该光触媒能够高效降解液体中高浓度有机污染物（氮氧化物、烷烃、芳香烃等），适用于江河污水、湖泊藻类、工业（印刷、印染、纺织、电镀重金属离子、生物医药、石油化工等）污水、生活（氮磷化合物、农药化肥、细菌等）污水等领域；快速清除挥发性异味或有毒气体（甲醛、芳香烃、SO2、CO、氮氧化物等），适用于新装修房间、冰箱、汽车内部、教室、办公、娱乐等场所；将此种光触媒均匀喷在玻璃上，能够预防玻璃预冷生成雾气而模糊不清，适用于眼睛镜片、汽车玻璃及后视镜、浴池玻璃及其他玻璃制品；具有杀菌消毒功效，预防动植物及人类流行性疾病传播；鉴于自清洁作用，可将此光触媒均匀涂在高楼玻璃及外部建筑上，无需清洁工人高空作业清洁污渍；
（4）激发光响应范围拓宽至650nm，依然具有良好的光催化活性，可利用多种光源：可见光（太阳光、漫反射光、日光灯）、紫外光等；
（5）光催化活性高：均使用100mg光触媒降解100ml的罗丹明b溶液，本发明在300w 波长大于650nm氙灯照射下，5min即可降解完全；而公开（公告）号CN 104525225 A所发明的氯氧铋/氧化铋光触媒，需要可见光（波长大于420nm）光照30min才能降解完全。
附图说明
图1是实施例1中样品所用原料及所制得光触媒样品的X射线衍射图；
图2是实施例1中所述a-Bi2O3的扫描电镜图；
图3是图1中所制得的光触媒样品的扫描电镜图；
图4是实施例1所制得的光触媒光降解罗丹明b的降解图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明所涉及的化学药品均可通过商业手段购买得到，其中，Bi(NO3)3˙5H2O、NaOH、稀HNO3（1.6mol/L）、浓盐酸（12mol/L），FeCl3˙6H2O均为分析纯。
实施例1
a）水热法制备原材料a-Bi2O3：称取21.56g Bi(NO3)3˙5H2O溶解于稀HNO3溶液中，滴加适量NaOH（1g/2ml）溶液至完全沉淀，加热85℃ 2h，水洗三次，120℃干燥10h，在马弗炉中煅烧450℃ 5h制得a--Bi2O3。
b）水热法制备半导体Fe(III)-BiOCl/Bi2O3：直接向1g a--Bi2O3水浊液滴加浓盐酸0.8ml和含0.01g Fe3+的FeCl3水溶液，密封加热90℃搅拌1h，样品颜色有淡黄色逐渐变为红棕色，水洗三次去除多余的H+，110℃干燥10h，制得半导体光触媒Fe(III)-BiOCl/Bi2O3。
对实施例1所制得的半导体光触媒进行效果检测：
如图1所示，通过对比得知，Fe(III)-BiOCl/Bi2O3的X射线衍射图介于BiOCl和Bi2O3的X射线衍射图之间。
通过对比图2与图3发现，图3表面“粗糙”成分为 BiOCl，说明BiOCl是在a-Bi2O3体相表面形成的，彼此接触紧密。
如图4所示，分别称取100mg Fe(III)-BiOCl/Bi2O3和100ml罗丹明b溶液，黑暗搅拌1h达到吸附平衡，经300w氙灯(CHF-XM150, Trusttech)，滤光片λ> 650 nm的光照，5min可将罗丹明b降解完全。
表1是本发明样品降解甲醛测试例，对照组及实验组分别放置与1m3密闭玻璃容器，容器底部均匀铺盖1g样品，1mg/m3的甲醛经300W氙灯 (CHF-XM150, Trusttech)，滤光片λ> 650 nm，光照1h即可达到《居室空气中甲醛的卫生标准》，居民空气甲醛含量不超过0.08mg/m3。
对照组是未放本发明制备的Fe(III)-BiOCl/Bi2O3光触媒，其余与实验组相同。
表1是实施例1中实验组和对照组降解甲醛测试结果；
表2是本发明样品除去大肠杆菌测试例，对照组及实验组分别放置与1m3密闭玻璃容器，容器底部均匀铺盖1g样品，300W氙灯 (CHF-XM150, Trusttech)，滤光片λ> 650 nm，除菌率达99%以上。
表2是本发明样品杀死大肠杆菌测试例；
对照组是未放本发明制备的Fe(III)-BiOCl/Bi2O3光触媒，其余与实验组相同。
实施例2：
a）水热法制备原材料a--Bi2O3：称取21.56g Bi(NO3)3·5H2O溶解于稀HNO3溶液中，滴加适量NaOH（1g/2ml）溶液至完全沉淀，加热85℃ 2h，水洗三次，120℃干燥10h，在马弗炉中煅烧450℃ 5h制得a-Bi2O3。
b）水热法制备半导体Fe(III)-BiOCl/Bi2O3：直接向1g a-Bi2O3水浊液滴加浓盐酸0.8ml和含0.01g Fe3+的FeCl3溶液，室温搅拌2h，样品颜色有淡黄色逐渐变为红棕色，水洗三次去除多余的H+，110℃干燥10h，制得半导体光触媒Fe(III)-BiOCl/Bi2O3。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种可见光驱动的半导体光触媒的制备方法，其特征在于，包括步骤：
（1）直接向a-Bi2O3水浊液中滴加浓盐酸和FeCl3溶液，在0-100℃下密封加热搅拌一定时间；
（2）将步骤（1）中所得的混合物水洗除去多余H+，在一定温度下干燥一定时间后制得半导体光触媒Fe(III)-BiOCl/Bi2O3。
2.根据权利要求1所述的一种可见光驱动的半导体光触媒的制备方法，其特征在于，所述加热搅拌时间为0.5-2h。
3.根据权利要求1或2所述的一种可见光驱动的半导体光触媒的制备方法，其特征在于，所述加热温度为90℃。
4.根据权利要求1所述的一种可见光驱动的半导体光触媒的制备方法，其特征在于，所述水洗的次数至少是3次。
5.根据权利要求1所述的一种可见光驱动的半导体光触媒的制备方法，其特征在于，干燥温度为110℃，干燥时间为10h。
6.根据权利要求1所述的一种可见光驱动的半导体光触媒的制备方法，其特征在于，步骤（1）之前还包括水热法制备a-Bi2O3原料，a-Bi2O3原料的制备步骤包括：
称取一定量的Bi(NO3)3˙5H2O溶解于稀HNO3溶液中，滴加适量NaOH（1g/2ml）溶液至完全沉淀，加热，水洗三次，120℃干燥10h，在马弗炉中煅烧450℃ 5h制得a-Bi2O3。
7.权利要求1-6任一项权利要求所述可见光驱动的半导体光触媒的制备方法所获得的半导体光触媒，其特征在于，所述半导体光触媒是在a-Bi2O3体相上产生BiOCl并负载Fe(III)形成的Fe(III)-BiOCl/Bi2O3光触媒。
8.权利要求7所述的半导体光触媒在去除污水中有机污染物及重金属离子、去除空气中有害气体、玻璃制品的防雾、及玻璃或建筑物表面自清洁中的应用。
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