CN111185204A - 一种可见光催化剂及其制备方法与应用 - Google Patents
一种可见光催化剂及其制备方法与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111185204A CN111185204A CN202010108001.3A CN202010108001A CN111185204A CN 111185204 A CN111185204 A CN 111185204A CN 202010108001 A CN202010108001 A CN 202010108001A CN 111185204 A CN111185204 A CN 111185204A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- visible
- light
- photocatalyst
- driven
- catalyst
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 43
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 claims abstract description 10
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract 7
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 66
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 32
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 31
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 31
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 24
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 claims description 23
- JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M sodium bromide Chemical compound [Na+].[Br-] JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 22
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 17
- FBXVOTBTGXARNA-UHFFFAOYSA-N bismuth;trinitrate;pentahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.[Bi+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O FBXVOTBTGXARNA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 13
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 13
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 13
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 13
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 11
- KHSLHYAUZSPBIU-UHFFFAOYSA-M benzododecinium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)CC1=CC=CC=C1 KHSLHYAUZSPBIU-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- SNRUBQQJIBEYMU-UHFFFAOYSA-N dodecane Chemical compound CCCCCCCCCCCC SNRUBQQJIBEYMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229940094933 n-dodecane Drugs 0.000 claims description 9
- DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M Sodium laurylsulphate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCOS([O-])(=O)=O DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 8
- 150000003751 zinc Chemical class 0.000 claims description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 6
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 6
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 claims description 3
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000001805 chlorine compounds Chemical group 0.000 claims description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 11
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 abstract description 11
- 238000010531 catalytic reduction reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 230000004298 light response Effects 0.000 abstract description 5
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 4
- 238000003421 catalytic decomposition reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 3
- 238000000593 microemulsion method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 abstract 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 abstract 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 11
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 7
- 239000004530 micro-emulsion Substances 0.000 description 6
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 6
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- MYSWGUAQZAJSOK-UHFFFAOYSA-N ciprofloxacin Chemical compound C12=CC(N3CCNCC3)=C(F)C=C2C(=O)C(C(=O)O)=CN1C1CC1 MYSWGUAQZAJSOK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 4
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 4
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RCEAADKTGXTDOA-UHFFFAOYSA-N OS(O)(=O)=O.CCCCCCCCCCCC[Na] Chemical compound OS(O)(=O)=O.CCCCCCCCCCCC[Na] RCEAADKTGXTDOA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 3
- JOPOVCBBYLSVDA-UHFFFAOYSA-N chromium(6+) Chemical compound [Cr+6] JOPOVCBBYLSVDA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229960003405 ciprofloxacin Drugs 0.000 description 2
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- CXKWCBBOMKCUKX-UHFFFAOYSA-M methylene blue Chemical compound [Cl-].C1=CC(N(C)C)=CC2=[S+]C3=CC(N(C)C)=CC=C3N=C21 CXKWCBBOMKCUKX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229960000907 methylthioninium chloride Drugs 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000006303 photolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 230000015843 photosynthesis, light reaction Effects 0.000 description 2
- KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N potassium dichromate Chemical compound [K+].[K+].[O-][Cr](=O)(=O)O[Cr]([O-])(=O)=O KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- XIOUDVJTOYVRTB-UHFFFAOYSA-N 1-(1-adamantyl)-3-aminothiourea Chemical compound C1C(C2)CC3CC2CC1(NC(=S)NN)C3 XIOUDVJTOYVRTB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- YZYKBQUWMPUVEN-UHFFFAOYSA-N zafuleptine Chemical compound OC(=O)CCCCCC(C(C)C)NCC1=CC=C(F)C=C1 YZYKBQUWMPUVEN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 description 1
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 description 1
- RZLVQBNCHSJZPX-UHFFFAOYSA-L zinc sulfate heptahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.[Zn+2].[O-]S([O-])(=O)=O RZLVQBNCHSJZPX-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/06—Halogens; Compounds thereof
- B01J27/138—Halogens; Compounds thereof with alkaline earth metals, magnesium, beryllium, zinc, cadmium or mercury
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/04—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of inorganic compounds, e.g. ammonia
- C01B3/042—Decomposition of water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/58—Treatment of water, waste water, or sewage by removing specified dissolved compounds
- C02F1/62—Heavy metal compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/10—Inorganic compounds
- C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/10—Inorganic compounds
- C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds
- C02F2101/22—Chromium or chromium compounds, e.g. chromates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/10—Photocatalysts
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
- Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Toxicology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种Bi4O5Br2纳米片负载ZnO纳米颗粒的可见光催化剂，其中ZnO纳米颗粒嵌合于Bi4O5Br2纳米片表面；由于Bi4O5Br2的禁带宽度较窄，因此可以提高催化剂的可见光响应强度；此外，它与ZnO在微乳液法结合水热法的条件下可以形成更好的相连接，促进光生载流子的分离和转移，且ZnO纳米颗粒嵌合于Bi4O5Br2纳米片表面，提高了催化剂的比表面积及光能利用率；该可见光催化剂的成功制备，解决了光催化剂在应用中光利用率低、电子空穴对易复合的问题，且该方法原料易得、生产成本低、环保，在可见光催化降解有机废水、可见光催化分解水和可见光催化还原有毒重金属领域有一定的理论意义和实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及光催化领域，更具体地说，涉及一种Bi4O5Br2纳米片负载ZnO纳米颗粒的可见光催化剂的制备方法及应用，所制备的催化剂可以用来进行光催化降解有机废水、光催化分解水、光催化还原有毒重金属等光催化领域研究及应用。
背景技术
光催化技术是基于光催化剂在光照条件下的氧化还原能力，从而达到降解污染物、物质转化合成等目的。自1972年研究者发现二氧化钛单晶电极光分解水以来，半导体光催化水分解、有机废水降解等领域的研究引起了广大研究者的关注。半导体的光催化氧化原理是基于固体能带理论展开的，当以能量大于或等于带隙能的光照射在半导体光催化剂上，半导体吸收光能，其价带上的电子被激发跃迁至导带，同时价带上产生相应的带正电的空穴，空穴和电子分别是良好的氧化剂和还原剂。光催化技术将光能转化为化学能且不会造成二次污染，这项新技术在污水处理、有毒重金属还原、光解水等方面有着广泛的应用。
新型的光催化材料Bi4O5Br2因其具有稳定性好、污染小，且具有较窄的禁带宽度（约2.35eV），于可见光下有良好的光催化活性，在环境保护领域具有广泛的应用价值。传统的ZnO半导体材料（禁带宽度约为3.25eV）具有高的稳定性、环境可持续性、价格低廉等优势，将ZnO和Bi4O5Br2两种半导体材料进行复合形成相连接，促进光生电子空穴对的分离，提高了光催化活性，并且增强了可见光响应效率、提高了光能利用率。
本发明Bi4O5Br2纳米片负载ZnO纳米颗粒的可见光催化剂稳定性高、比表面积大，两种半导体的复合可以极大地增强可见光响应效率、提高光能利用率，同时抑制了光生电子空穴对的复合，显著增强了光催化性能。
发明内容
技术问题：为提高复合催化剂的可见光响应效率、提高光能利用率，本发明的提出了一种新型可见光催化剂，其中ZnO纳米颗粒嵌合于Bi4O5Br2纳米片表面，复合催化剂具有较高的比表面积，能够提高光能利用率，同时促进了光生电子空穴对的分离和转移，在可见光区域表现出了优异的光催化活性，在污水处理、有毒重金属还原、光解水等方面具有很好的研究价值和应用前景。
技术方案：本发明提供了一种可见光催化剂，该催化剂是一种Bi4O5Br2纳米片负载ZnO纳米颗粒的可见光催化剂，其中ZnO纳米颗粒嵌合于Bi4O5Br2纳米片表面，Bi4O5Br2纳米片的厚度为25~80纳米，ZnO纳米颗粒的直径为20~100纳米，且该催化剂中ZnO纳米颗粒的质量分数为0.75~27.45 wt%。
本发明还提供了一种可见光催化剂的制备方法，具体制备过程如下：
a.室温下，将五水合硝酸铋溶于去离子水中，依次滴加氢氧化钠溶液、溴化钠溶液以及十二烷基硫酸钠溶液，搅拌均匀后转入水热反应釜中，反应结束后将产物分别用去离子水、乙醇洗涤，干燥得到固体样品；
b.将乙二醇、十二烷基二甲基苄基溴化铵和正十二烷搅拌均匀形成混合溶液；
c.将二价锌盐及步骤a得到的固体样品一同溶于去离子水中，加入步骤b得到的混合溶液，搅拌均匀形成微乳液，接着滴加氢氧化钠溶液，搅拌均匀后转入水热反应釜中，反应结束后将产物分别用去离子水、乙醇洗涤，之后经干燥、煅烧、自然冷却后得到所述的可见光催化剂。
其中：
在步骤a、c中，所述氢氧化钠溶液的浓度为3~8mol/L，水热反应的温度为90~240 °C，反应的时长为4~22 h，干燥的条件为40~150 ℃下干燥8~14 h。
在步骤a中，所述五水合硝酸铋和氢氧化钠的摩尔比为1: 2~40，在步骤c中，二价锌盐和氢氧化钠的摩尔比为1: 1~25。
在步骤a中，所述五水合硝酸铋和十二烷基硫酸钠的摩尔比为1:1~10。
在步骤b中，乙二醇、十二烷基二甲基苄基溴化铵和正十二烷的体积比为1~2: 0.5~5: 0.5~4。
在步骤c中，所述的二价锌盐为锌的氯化物、硫酸盐、硝酸盐或醋酸盐。
所述五水合硝酸铋、溴化钠和二价锌盐的摩尔比例为1~2:1~3: 0.2~5。
在步骤c中，所述的煅烧的温度为160~420℃，煅烧的时长为2~5h。
本发明还提供了一种可见光催化剂的应用，所述可见光催化剂应用于可见光催化降解有机废水、可见光催化分解水或可见光催化还原有毒重金属。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：
1、本发明提供的一种可见光催化剂，Bi4O5Br2与ZnO复合可以提高复合催化剂的可见光响应强度，并且在微乳液法结合水热法的条件下可以形成更好的相连接，促进光生电子空穴对的分离和转移，进而提高光催化性能；
2、本发明提供的一种可见光催化剂，其中ZnO纳米颗粒嵌合于Bi4O5Br2纳米片表面，提高了复合材料的比表面积，进而提高了光能利用率。
3、本发明提供的一种可见光催化剂的制备方法，生产成本低，制备工艺简单、产率高，有利于大规模生产。
附图说明
图1为实施例1中Bi4O5Br2/ZnO光催化剂的XRD图；
图2为Bi4O5Br2/ZnO光催化剂的SEM图，其中a为实施例1中制备的可见光催化剂的样品图、b为实施例2中制备的可见光催化剂的样品图。
具体实施方式
本发明提供了一种可见光催化剂及其制备与应用，该催化剂是一种Bi4O5Br2纳米片负载ZnO纳米颗粒的可见光催化剂，将五水合硝酸铋、氢氧化钠、溴化钠及十二烷基硫酸钠溶于去离子水中经水热反应后，取出洗涤、干燥，将其与二价锌盐溶于去离子水中混合均匀后加至乙二醇、十二烷基二甲基苄基溴化铵和正十二烷的混合溶液中搅拌均匀形成微乳液，接着加入氢氧化钠溶液，经水热反应后，取出洗涤、干燥、煅烧得到所述的可见光催化剂；该可见光催化剂可应用于可见光催化降解有机废水、可见光催化分解水或可见光催化还原有毒重金属。
下面结合实施例，进一步具体说明此种光催化剂及其制备方法与应用，同时具体描述此种催化剂光催化降解有机废水、光催化分解水、光催化还原有毒重金属性能测试结果，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1：Bi4O5Br2/ZnO可见光催化降解有机废水
一种可见光催化剂的制备方法，具体制备过程如下：
a.室温下，将1.4549 g五水合硝酸铋溶于15 mL去离子水中，依次滴加2 mL的3mol/L氢氧化钠溶液、10 mL溶解0.3087 g溴化钠的溶液以及10 mL溶解0.8651 g十二烷基硫酸钠的溶液，搅拌均匀后转入水热反应釜中，90℃下反应22 h，反应结束后将产物分别用去离子水、乙醇洗涤4次，并于40 ℃干燥14h得到固体样品；
b.将25 mL乙二醇、12.5 mL十二烷基二甲基苄基溴化铵和12.5 mL正十二烷搅拌均匀，形成混合溶液；
c.将0.1785 g六水合硝酸锌及步骤a中固体样品一同溶于10 mL去离子水并将其加至上述混合溶液，搅拌均匀形成微乳液，接着滴加18.8 mL的8mol/L氢氧化钠溶液，搅拌均匀后转入水热反应釜中，90℃下反应22 h，反应结束后将产物分别用去离子水、乙醇洗涤4次，之后于40 ℃干燥14h，然后160 ℃煅烧5 h，自然冷却后得到所述的可见光催化剂。
一种可见光催化剂的应用，所述可见光催化剂应用于可见光催化降解有机废水，具体活性测试如下：
配制12 mg/L的环丙沙星溶液500 mL，加入0.5 g催化剂，避光超声0.5 h后，以500W高压氙灯（滤去400 nm以下波长）模拟太阳光，在500 mL光催化反应器中进行光催化反应。每隔30 min取样，离心，取上层清液测其在272 nm处的吸光度，并计算降解率。结果表明，2 h后大部分环丙沙星溶液得到降解，降解率达到96%。
实施例2：Bi4O5Br2/ZnO可见光催化分解水
一种可见光催化剂的制备方法，具体制备过程如下：
a.室温下，将0.9451 g五水合硝酸铋溶于10 mL去离子水中，依次滴加5 mL的4mol/L氢氧化钠溶液、15 mL溶解0.4116 g溴化钠的溶液以及20 mL溶解2.8838 g十二烷基硫酸钠的溶液，搅拌均匀后转入水热反应釜中，120℃下反应7 h，反应结束后将产物分别用去离子水、乙醇洗涤3次，并于80 ℃干燥9h得到固体样品；
b.将10 mL乙二醇、20 mL十二烷基二甲基苄基溴化铵和20 mL正十二烷搅拌均匀，形成混合溶液；
c.将0.5751 g七水合硫酸锌及步骤a中固体样品一同溶于15 mL去离子水并将其加至上述混合溶液，搅拌均匀形成微乳液，接着滴加10 mL的3mol/L氢氧化钠溶液，搅拌均匀后转入水热反应釜中，130℃下反应10 h，反应结束后将产物分别用去离子水、乙醇洗涤3次，之后于80 ℃干燥10h，然后190 ℃煅烧4 h，自然冷却后得到所述的可见光催化剂。
一种可见光催化剂的应用，所述可见光催化剂应用于可见光催化分解水，具体活性测试如下：
在500 mL光催化反应器中加入0.5 g催化剂，500 mL去离子水，加入一定量的KIO3（0.4mol/L）作为电子受体，避光超声30 min，以500W高压氙灯（滤去400 nm以下波长）模拟太阳光，进行光催化反应，将反应产生的气体收集，并用气相色谱检测。氧气的产率达290μmol/h。
实施例3：Bi4O5Br2/ZnO可见光催化降解有机废水
一种可见光催化剂的制备方法，具体制备过程如下：
a.室温下，将0.8795 g五水合硝酸铋溶于12 mL去离子水中，依次滴加5 mL的8mol/L氢氧化钠溶液、14 mL溶解0.2058 g溴化钠的溶液以及15 mL溶解2.3516 g十二烷基硫酸钠的溶液，搅拌均匀后转入水热反应釜中，170℃下反应10 h，反应结束后将产物分别用去离子水、乙醇洗涤5次，并于140 ℃干燥9h得到固体样品；
b.将7 mL乙二醇、23 mL十二烷基二甲基苄基溴化铵和20 mL正十二烷搅拌均匀，形成混合溶液；
c.将0.8781 g二水合醋酸锌及步骤a中固体样品一同溶于15 mL去离子水并将其加至上述混合溶液，搅拌均匀形成微乳液，接着滴加5 mL的4mol/L氢氧化钠溶液，搅拌均匀后转入水热反应釜中，160℃下反应14 h，反应结束后将产物分别用去离子水、乙醇洗涤5次，之后于140 ℃干燥9h，然后300 ℃煅烧3 h，自然冷却后得到所述的可见光催化剂。
一种可见光催化剂的应用，所述可见光催化剂应用于可见光催化降解有机废水，具体活性测试如下：
配制10 mg/L的亚甲基蓝溶液500 mL，加入0.3 g催化剂，避光超声0.5 h后，以500W高压氙灯（滤去400 nm以下波长）模拟太阳光，在500 mL光催化反应器中进行光催化反应。每隔30 min取样，离心，取上层清液测其在665 nm处的吸光度，并计算降解率。结果表明，2.5h后大部分亚甲基蓝溶液得到降解，降解率达到99%。
实施例4：Bi4O5Br2/ZnO可见光催化还原有毒重金属
一种可见光催化剂的制备方法，具体制备过程如下：
a.室温下，将0.9700 g五水合硝酸铋溶于15 mL去离子水中，依次滴加10 mL的8mol/L氢氧化钠溶液、20 mL溶解0.3087 g溴化钠的溶液以及18 mL溶解5.7676 g十二烷基硫酸钠的溶液，搅拌均匀后转入水热反应釜中，240℃下反应4 h，反应结束后将产物分别用去离子水、乙醇洗涤4次，并于150 ℃干燥8h得到固体样品；
b.将9.1 mL乙二醇、22.7 mL十二烷基二甲基苄基溴化铵和18.2 mL正十二烷搅拌均匀，形成混合溶液；
c.将0.6815 g氯化锌及步骤a中固体样品一同溶于15 mL去离子水并将其加至上述混合溶液，搅拌均匀形成微乳液，接着滴加1.7 mL的3mol/L氢氧化钠溶液，搅拌均匀后转入水热反应釜中，240℃下反应4 h，反应结束后将产物分别用去离子水、乙醇洗涤4次，之后于150 ℃干燥8h，然后420 ℃煅烧2 h，自然冷却后得到所述的可见光催化剂。
一种可见光催化剂的应用，所述可见光催化剂应用于可见光催化还原有毒重金属，具体活性测试如下：
配制以六价铬为基准的12 mg/L的重铬酸钾溶液500 mL，加入0.5 g催化剂，再加入0.25 g柠檬酸作为空穴受体，避光超声0.5 h后，以500W高压氙灯（滤去400 nm以下波长）模拟太阳光，进行光催化还原反应。每隔30 min取上层清液测其在352 nm处的吸光度，并计算六价铬的还原率。结果表明，2.5 h后六价铬还原率达到89%。
上述实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围，即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可见光催化剂，其特征在于：所述催化剂是在Bi4O5Br2纳米片上负载ZnO纳米颗粒，即可得到可见光催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种可见光催化剂，其特征在于：所述Bi4O5Br2纳米片的厚度为25~80纳米，ZnO纳米颗粒的直径为20~100纳米，所述可见光催化剂中ZnO纳米颗粒的质量分数为0.75~27.45 %。
3.一种用于权利要求1-2所述的一种可见光催化剂的制备方法，其特征在于，具体制备过程如下：
a.将五水合硝酸铋溶于去离子水中，依次滴加氢氧化钠溶液、溴化钠溶液以及十二烷基硫酸钠溶液，搅拌后转入水热反应釜中，反应结束后将产物分别用去离子水、乙醇洗涤，干燥得到固体样品；
b.将乙二醇、十二烷基二甲基苄基溴化铵和正十二烷搅拌形成混合溶液；
c.将二价锌盐及步骤a得到的固体样品溶于去离子水中，加入步骤b得到的混合溶液进行搅拌后，滴加氢氧化钠溶液，搅拌均匀后转入水热反应釜中，反应结束后将产物分别用去离子水、乙醇洗涤后，干燥、煅烧、冷却，即可得到可见光催化剂。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤a以及步骤c中，所述氢氧化钠溶液的浓度为3~8mol/L，水热反应的温度为90~240°C，水热反应的时间为4~22 h，干燥的条件为40~150℃下干燥8~14 h。
5.根据权利要求3所述的一种可见光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤a中，五水合硝酸铋和氢氧化钠的摩尔比为1: 2~40，所述步骤c中，二价锌盐和氢氧化钠的摩尔比为1: 1~25。
6.根据权利要求3所述的一种可见光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤a中，五水合硝酸铋和十二烷基硫酸钠的摩尔比为1:1~10；所述步骤b中，乙二醇、十二烷基二甲基苄基溴化铵和正十二烷的体积比为1~2: 0.5~5: 0.5~4。
7.根据权利要求3所述的一种可见光催化剂的制备方法，其特征在于：在步骤c中，所述的二价锌盐为锌的氯化物、硫酸盐、硝酸盐或醋酸盐。
8.根据权利要求3所述的一种可见光催化剂的制备方法，其特征在于：所述五水合硝酸铋、溴化钠和二价锌盐的摩尔比为1~2:1~3: 0.2~5。
9.根据权利要求3所述的一种可见光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤c中，煅烧的温度为160~420℃，煅烧的时间为2~5h。
10.一种如权利要求1或3所述的可见光催化剂的应用，其特征在于：所述可见光催化剂应用于可见光催化降解有机废水、可见光催化分解水和可见光催化还原有毒重金属。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010108001.3A CN111185204B (zh) | 2020-02-21 | 2020-02-21 | 一种可见光催化剂及其制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010108001.3A CN111185204B (zh) | 2020-02-21 | 2020-02-21 | 一种可见光催化剂及其制备方法与应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111185204A true CN111185204A (zh) | 2020-05-22 |
| CN111185204B CN111185204B (zh) | 2022-09-30 |
Family
ID=70687414
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010108001.3A Active CN111185204B (zh) | 2020-02-21 | 2020-02-21 | 一种可见光催化剂及其制备方法与应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111185204B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113311055A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-08-27 | 华中科技大学 | 一种光电协同金属检测方法及其应用 |
| CN115672324A (zh) * | 2021-07-21 | 2023-02-03 | 天津科技大学 | Z型α-Fe2O3/Cu2O复合光催化剂的制备方法及其应用 |
| CN115888768A (zh) * | 2022-10-31 | 2023-04-04 | 电子科技大学长三角研究院(湖州) | 适用于等离子体特性的复合催化剂、制备方法及应用 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104226339A (zh) * | 2014-09-18 | 2014-12-24 | 玉林师范学院 | 可见光催化剂Bi4O5Br2及其制备方法 |
| CN106925304A (zh) * | 2017-04-19 | 2017-07-07 | 宁德师范学院 | Bi24O31Br10/ZnO复合可见光催化剂及其制备方法 |
| CN108262050A (zh) * | 2018-01-03 | 2018-07-10 | 东南大学 | 一种二维复合可见光催化剂及其制备方法与应用 |
| CN109821528A (zh) * | 2019-02-01 | 2019-05-31 | 浙江工业大学 | 一种Bi/ZnO纳米异质材料及其制备方法与应用 |
| CN110523420A (zh) * | 2019-08-26 | 2019-12-03 | 太原理工大学 | 一种Bi4O5Br2/薄层Ti3C2复合型光催化剂的制备方法及其应用 |
-
2020
- 2020-02-21 CN CN202010108001.3A patent/CN111185204B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104226339A (zh) * | 2014-09-18 | 2014-12-24 | 玉林师范学院 | 可见光催化剂Bi4O5Br2及其制备方法 |
| CN106925304A (zh) * | 2017-04-19 | 2017-07-07 | 宁德师范学院 | Bi24O31Br10/ZnO复合可见光催化剂及其制备方法 |
| CN108262050A (zh) * | 2018-01-03 | 2018-07-10 | 东南大学 | 一种二维复合可见光催化剂及其制备方法与应用 |
| CN109821528A (zh) * | 2019-02-01 | 2019-05-31 | 浙江工业大学 | 一种Bi/ZnO纳米异质材料及其制备方法与应用 |
| CN110523420A (zh) * | 2019-08-26 | 2019-12-03 | 太原理工大学 | 一种Bi4O5Br2/薄层Ti3C2复合型光催化剂的制备方法及其应用 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113311055A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-08-27 | 华中科技大学 | 一种光电协同金属检测方法及其应用 |
| CN115672324A (zh) * | 2021-07-21 | 2023-02-03 | 天津科技大学 | Z型α-Fe2O3/Cu2O复合光催化剂的制备方法及其应用 |
| CN115672324B (zh) * | 2021-07-21 | 2024-02-06 | 天津科技大学 | Z型α-Fe2O3/Cu2O复合光催化剂的制备方法及其应用 |
| CN115888768A (zh) * | 2022-10-31 | 2023-04-04 | 电子科技大学长三角研究院(湖州) | 适用于等离子体特性的复合催化剂、制备方法及应用 |
| CN115888768B (zh) * | 2022-10-31 | 2024-06-07 | 电子科技大学长三角研究院(湖州) | 适用于等离子体特性的复合催化剂、制备方法及应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111185204B (zh) | 2022-09-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kumar et al. | Noble metal-free metal-organic framework-derived onion slice-type hollow cobalt sulfide nanostructures: Enhanced activity of CdS for improving photocatalytic hydrogen production | |
| Zhang et al. | Enhanced photocatalytic reduction of CO2 to methanol by ZnO nanoparticles deposited on ZnSe nanosheet | |
| CN111185204B (zh) | 一种可见光催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN107349937B (zh) | 一种石墨烯基双金属硫化物纳米复合光催化剂的制备方法 | |
| CN102963934B (zh) | 钨酸铋量子点及其与石墨烯复合材料的制备方法 | |
| WO2017012210A1 (zh) | 金属氧化物-氮化碳复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN111921550B (zh) | 一种MXene/二氧化钛纳米管复合材料光催化剂及其制备方法 | |
| Yang et al. | Self-assembly Z-scheme heterostructured photocatalyst of Ag 2 O@ Ag-modified bismuth vanadate for efficient photocatalytic degradation of single and dual organic pollutants under visible light irradiation | |
| Ho et al. | Metal loaded WO3 particles for comparative studies of photocatalysis and electrolysis solar hydrogen production | |
| CN108993604B (zh) | 高可见光活性AgIn5S8/UIO-66-NH2复合材料及其制备方法和应用 | |
| Zou et al. | Photocatalytic performance and mechanism of hydrogen evolution from water over ZnCdS/Co@ CoO in sacrificial agent-free system | |
| Wang et al. | The controllable synthesis of novel heterojunction CoO/BiVO4 composite catalysts for enhancing visible-light photocatalytic property | |
| CN109847766A (zh) | 一种共面ZnIn2S4/WO3 Z体系结构催化剂材料 | |
| CN113856702B (zh) | 一种硫化镉纳米棒/硫化亚铜纳米壳异质结构光催化剂及制备方法与应用 | |
| CN110639620A (zh) | 用于降解四环素的复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN110721698B (zh) | 一种钒酸铋/钒酸铜复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN104646001A (zh) | 一种可见光响应型铁酸铋-氧化铋复合材料及其制备方法 | |
| CN109317184A (zh) | 双功能β-FeOOH/eg-C3N4复合纳米材料及其制备方法和应用 | |
| CN110624595A (zh) | 一种钙铟硫/碳化钛光催化复合材料及其制备方法 | |
| Wang et al. | Bi4O5I2-Bi5O7I/Ni foam constructed in-situ accelerating interfacial carrier transfer for efficient photocatalysis | |
| Zhang et al. | Efficient charge separation of photo-Fenton catalyst: Core-shell CdS/Fe3O4@ N-doped C for enhanced photodegradation performance | |
| CN103785429A (zh) | 一种磷酸银/石墨烯/二氧化钛纳米复合材料及制备方法 | |
| Dong et al. | Construction of in-situ core-shell Cu2-xS@ Mn0. 3Cd0. 7S S-scheme heterojunction with efficient photocatalytic H2 evolution | |
| Shi et al. | Photocatalytic hydrogen evolution and simultaneously converting high-concentration of thiols into disulfides with excellent yield under visible-light | |
| Wu et al. | Construction of Au/ZnWO4/CdS ternary photocatalysts with oxygen vacancy modification for efficient photocatalytic hydrogen production |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |