CN114377702A - 一种高效污水处理剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于废水处理领域，具体涉及一种高效污水处理剂及其制备方法和应用。本发明通过将铁酸铋添加到溴氧化铋的前驱体液中，添加改性金属钐和镍，经过水热处理得到铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋，然后将其与铌酸和钨酸在水热反应条件下原位合成铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋@铌酸铋@钨酸铋，得到的高效污水处理剂具有优异的光催化性能，能够有效去除废水中的有机染料污染物。
Description
技术领域
本发明属于废水处理技术领域。更具体地，涉及一种高效污水处理剂及其制备方法和应用。
背景技术
工业化促进了经济繁荣与社会进步，在提升生活品质等方面不言而喻，但传统工业化也造成了环境污染和资源短缺。发展工业与生态环境保护似乎成负相关的关系，环境污染、资源短缺，在成为传统工业化衍生品同时给人类以前所未有的挑战，生态环境与工业发展的矛盾愈来愈大，二者间的失衡也越来越严重。我国在印染工业的染料生产及出口方面在世界上占领较高的地位，目前无论是在生产能力，还是在产量和出口量都位居世界第一名。由于染料工业的产品种类较多且工艺复杂，导致生产过程的前中后期产生大量的“三废”—废水、废气、固体废弃物，在全社会得到很高的关注度。
常见的去除污染物的方法有物理法，化学法，生物法等，其中物理法主要是通过过滤、沉降、等物理方法分离污水中的不溶性杂质，不改变水体的性质；化学法是通过向污水中投放药剂，通过化学反应来达到净水目的；而生物法是通过水体中的微生物的新陈代谢活动，将大分子物质或者健团断裂，从而得到有效的降解和脱色。相对于化学法而言，其他两种方法存在一定条件限制且成本较高，普及率和处理效率均较低等缺点。
目前化学法中具有更好降解效果的高级氧化技术(AOPs)在工业废水处理方面得到了广泛的应用，其中光催化氧化，利用太阳光这种绿色能源在添加光催化剂的情况下达到对废水进行氧化降解的目的从而降低成本。
BiFeO3材料在过去的几十年来广泛应用在铁、电、磁领域，此外由于其本身具有窄带隙(2.2-2.5e V)、高化学稳定性、以及无毒性等优异的特性使其成为最有潜力的光催化剂之一。J.Luo等通过实验制备了具有SrTiO3结构核壳的BiFeO3结构，在可见光的照射下成功裂解乙醇产生H2和O2，弥补了纯相SrTiO3只对紫外线有响应，而在可见光区域没有光催化活性的问题。
BiOX(X＝Cl，Br，I))由于具有独特的层状结构，高度各向异性，在Bi2O2和卤族元素间产生的内建电场使其具有良好的电子与空穴分离能力，具有很强的光生载流子分离和可见光响应的调控潜力。因而正成为化学、材料及物理等学科共同关注的热门研究新材料之一。
Li等在BiOBr纳米片中加入AgNO3溶液和柠檬酸，从而制备了Ag/BiOBr复合材料。结果表明Ag/BiOBr复合材料在可见光下光催化降解苯酚和甲基橙速度最快，其光催化性能明显优于单纯的BiOBr。
CN103157462A公开了一种钨酸锰光催化剂的制备方法。此类光催化剂的制备过程利用超声合成法，得到了具有三维分等级结构的纳米级光催化剂。此类催化剂晶型完整，热稳定性高，具有良好的光催化降解活性，合成时间短，制备流程简单可控，其特殊的三维分等级结构也有利于光催化剂的回收再利用过程。
CN111569934A公开了一种铁铌酸铋/石墨相氮化碳复合光催化剂的制备方法和应用。主要技术特征是：通过热缩聚和热剥离来制备石墨相氮化碳纳米片；铁铌酸铋氧化物是按照分子式Bi3FexNb2-xO9中元素铋、铁和铌的化学计量比，分别称取五水硝酸铋、九水硝酸铁和氧化铌，通过水热法制备得到；最后利用静电吸引的方法，将石墨相氮化碳和铁铌酸铋自组装制备得到铁铌酸铋/石墨相氮化碳复合光催化剂。本发明通过静电作用将铁铌酸铋和石墨相氮化碳紧密结合在一起，利用铁铌酸铋的铁电性形成自发极化的内置电场，加快了光生载流子在界面处的分离和迁移，使得复合光催化剂表现出良好的稳定性和催化性能。并且该发明制备方法简单、条件易控、生产成本低、绿色环保，在光催化降解有机污染物方面有着重要的意义。
尽管现有技术中有单独使用或复合使用上述催化剂，但是现有技术并没有记载将上述复合后能够具有优异的光催化废水处理能力，而且上述对污染废水的处理能力仍存在不足，处理周期长等问题，而且也不能满足实际生产的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有上述现有技术中的缺陷和不足，提供一种高效污水处理剂及其制备方法和应用。
本发明的目的是提供一种高效污水处理剂的制备方法。通过将铁酸铋添加到溴氧化铋的前驱体液中，添加改性金属钐和镍，经过水热处理得到铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋，然后将其与铌酸和钨酸在水热反应条件下原位合成铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋@铌酸铋@钨酸铋，得到的高效污水处理剂具有优异的光催化性能，能够快速去除废水中的有机染料。
本发明另一目的是提供一种高效污水处理剂。所述高效污水处理剂为铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋@铌酸铋@钨酸铋，其中所述高效污水处理剂中钐和镍共掺杂的溴氧化铋与铌酸铋、钨酸铋的摩尔比为1:0.05～0.15：0.05～0.15；所述钐的掺杂量为2～4wt％，所述镍的掺杂量为1～3wt％。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种高效污水处理剂的制备方法，所述高效污水处理剂的制备方法包括以下步骤：
(1)分别称取正己基三甲基溴化铵与溴盐，溶于35～60ml乙二醇后，加入铁酸铋搅拌均匀，然后加入铋盐，搅拌1～3h，形成A溶液；
(2)称取一定比例的钐盐、镍盐及6～10mmol的正己基三甲基溴化铵溶于15～25ml去离子水中，搅拌，配置B溶液；
(3)在磁力搅拌下，把B逐滴加入A，继续搅拌2～4h后，转移到水热反应釜，于110～130℃下保温15～25h，离心，洗涤后，干燥，即得到铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋；
(4)将步骤(3)制备的铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋加入到去离子水中超声分散10～30min，然后加入铌酸和钨酸，磁力搅拌，然后将得到的溶液转移到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，于160～220℃下恒温反应20～40h后，自然冷却至室温，用去离子水洗涤3～5次，干燥，得到铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋@铌酸铋@钨酸铋的高效污水处理剂。
优选的，在步骤(1)中，所述正己基三甲基溴化铵与溴盐的摩尔比为1:1；所述正己基三甲基溴化铵与铋盐的摩尔比为1:2；所述溴盐与步骤(2)中的正己基三甲基溴化铵的摩尔比1:3～5。
优选的，在步骤(1)中，所述溴盐为溴化钠或溴化钾；所述铋盐为氯化铋、硝酸铋、醋酸铋中的一种或多种；所述铁酸铋与铋盐的摩尔比为1:1～3。
优选的，在步骤(1)中，所述铁酸铋的制备方法包括以下步骤：将铁源和铋源化合物按照摩尔比为1：(1.1～1.3)溶于溶剂中，铁源与溶剂的摩尔与体积比是1mmol：(3～6)mL；将上述溶液在磁力搅拌过程中，滴加有机酸，调节pH值为3～5，得到稳定的溶胶，溶胶经过陈化、干燥形成前驱体，陈化、干燥工艺为：陈化温度15～35℃，陈化时间40～60h，干燥温度70～90℃，干燥时间4～10h；前驱体再焙烧制得FeBiO3纳米晶，焙烧工艺为：先在温度220～280℃条件下预烧3～5h，去除有机物质，再在550～650℃焙烧2～5h即可。
优选的，所述铁源为硝酸铁、氯化铁中的至少一种；所述铋源为氯化铋、硝酸铋、醋酸铋中的至少一种；所述溶剂为甲醇、乙二醇、无水乙醇中的至少一种；所述有机酸为乙二酸、柠檬酸、酒石酸中的至少一种。
优选的，在步骤(2)中，所述钐盐为硝酸钐、氯化钐、醋酸钐中的一种或多种；所述镍盐为硝酸镍、氯化镍、醋酸镍中的一种或多种。
优选的，在步骤(4)中，所述高效污水处理剂中钐和镍共掺杂的溴氧化铋与铌酸铋、钨酸铋的摩尔比为1:0.05～0.15：0.05～0.15；所述钐的掺杂量为2～4wt％，所述镍的掺杂量为1～3wt％。
基于上述所述的制备方法制备的高效污水处理剂。
基于上述所述的高效污水处理剂的应用，用于光催化废水中的有机染料。
本发明具有以下有益效果：
(1)相对于机械混合法，通过将铁酸铋添加到溴氧化铋的前驱体溶液中，能够使溴氧化铋原位生长在铁酸铋表面，铁酸铋不仅有磁性，而且具有光催化性能，通过在铁酸铋表面生长溴氧化铋，能够形成异质结，进而提高了高效污水处理剂的光催化性能；
(2)通过溶剂热法制备铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋光催化剂，利用两种之间的协同作用，能够有效促进了光生电子-空穴的有效分离，促进光催化降解能力的显著提高；
(3)通过原位合成铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋@铌酸铋@钨酸铋，由于在溴氧化铋表面原位生成铌酸铋和钨酸铋后形成p-n异质结，进一步抑制了光生电子－空穴对的复合，进一步提高了光催化性能，提高了对废水中有机染料的降解能力。
(4)本申请的制备方法简单，制备的产品具有优异的光催化性能。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1
一种高效污水处理剂的制备方法，所述高效污水处理剂的制备方法包括以下步骤：
(1)分别称取2mmol正己基三甲基溴化铵与2mmol溴化钾，溶于45ml乙二醇后，加入2mmol铁酸铋搅拌均匀，然后加入4mmol硝酸铋，搅拌2h，形成A溶液。
其中铁酸铋的制备方法包括以下步骤：将1mmol硝酸铁和1.2mmol硝酸铋溶于5mL无水乙醇中得到混合溶液；将上述溶液在磁力搅拌过程中，滴加乙二酸，调节pH值为4，得到稳定的溶胶，溶胶在25℃陈化50h、在80℃干燥7h形成前驱体；然后将前驱体在温度250℃条件下预烧4h，去除有机物质，再在600℃焙烧4h制得FeBiO3纳米晶；
(2)称取一定比例的硝酸钐、硝酸镍及8mmol的正己基三甲基溴化铵溶于20ml去离子水中，搅拌，配置B溶液；
(3)在磁力搅拌下，把B逐滴加入A，继续搅拌3h后，转移到水热反应釜，于120℃下保温20h，离心，洗涤后，100℃干燥12h，即得到铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋；
(4)将步骤(3)制备的4g铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋加入到50mL去离子水中超声分散20min，然后加入铌酸和钨酸，磁力搅拌，然后将得到的溶液转移到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，于190℃下恒温反应30h后，自然冷却至室温，用去离子水洗涤4次，100℃干燥12h，得到铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋@铌酸铋@钨酸铋的高效污水处理剂。所述高效污水处理剂中钐和镍共掺杂的溴氧化铋与铌酸铋、钨酸铋的摩尔比为1:0.1：0.1；所述钐的掺杂量为3wt％，所述镍的掺杂量为2wt％。
实施例2
一种高效污水处理剂的制备方法，所述高效污水处理剂的制备方法包括以下步骤：
(1)分别称取2mmol正己基三甲基溴化铵与2mmol溴化钠，溶于60ml乙二醇后，加入4mmol铁酸铋搅拌均匀，然后加入4mmol氯化铋，搅拌4h，形成A溶液；
其中铁酸铋的制备方法包括以下步骤：将1mmol氯化铁和1.3mmol醋酸铋溶于6mL甲醇中，将上述溶液在磁力搅拌过程中，滴加柠檬酸，调节pH值为5，得到稳定的溶胶，溶胶经过在35℃陈化40h、在90℃干燥4h形成前驱体；前驱体先在温度280℃条件下预烧3h，去除有机物质，再在650℃焙烧2h制得FeBiO3纳米晶；
(2)称取一定比例的氯化钐、醋酸镍及10mmol的正己基三甲基溴化铵溶于25ml去离子水中，搅拌，配置B溶液；
(3)在磁力搅拌下，把B逐滴加入A，继续搅拌4h后，转移到水热反应釜，于130℃下保温15h，离心，洗涤后，100℃干燥12h，即得到铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋；
(4)将步骤(3)制备的4g铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋加入到50mL去离子水中超声分散30min，然后加入铌酸和钨酸，磁力搅拌，然后将得到的溶液转移到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，于220℃下恒温反应20h后，自然冷却至室温，用去离子水洗涤5次，100℃干燥12h，得到铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋@铌酸铋@钨酸铋的高效污水处理剂。所述高效污水处理剂中钐和镍共掺杂的溴氧化铋与铌酸铋、钨酸铋的摩尔比为1:0.15：0.05；所述钐的掺杂量为4wt％，所述镍的掺杂量为1wt％。
实施例3
一种高效污水处理剂的制备方法，所述高效污水处理剂的制备方法包括以下步骤：
(1)分别称取2mmol正己基三甲基溴化铵与2mmol溴化钾，溶于35ml乙二醇后，加入1.3mmol铁酸铋搅拌均匀，然后加入4mmol醋酸铋，搅拌1h，形成A溶液；
其中，铁酸铋的制备方法包括以下步骤：将1mmol硝酸铁和1.1mmol醋酸溶于3mL乙二醇中；将上述溶液在磁力搅拌过程中，滴加酒石酸，调节pH值为3，得到稳定的溶胶，溶胶在15℃陈化35h、70℃干燥10h形成前驱体，前驱体先在温度220℃条件下预烧5h，去除有机物质，再在550℃焙烧5h制得FeBiO3纳米晶；
(2)称取一定比例的醋酸钐、氯化镍及6mmol的正己基三甲基溴化铵溶于15ml去离子水中，搅拌，配置B溶液；
(3)在磁力搅拌下，把B逐滴加入A，继续搅拌2h后，转移到水热反应釜，于110℃下保温25h，离心，洗涤后，100℃干燥12h，即得到铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋；
(4)将步骤(3)制备的4g铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋加入到50mL去离子水中超声分散10min，然后加入铌酸和钨酸，磁力搅拌，然后将得到的溶液转移到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，于160℃下恒温反应40h后，自然冷却至室温，用去离子水洗涤3次，干燥，得到铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋@铌酸铋@钨酸铋的高效污水处理剂。所述高效污水处理剂中钐和镍共掺杂的溴氧化铋与铌酸铋、钨酸铋的摩尔比为1:0.05：0.15；所述钐的掺杂量为2wt％，所述镍的掺杂量为3wt％。
对比例1
一种高效污水处理剂的制备方法，所述高效污水处理剂的制备方法包括以下步骤：
(1)分别称取2mmol正己基三甲基溴化铵与2mmol溴化钾，溶于45ml乙二醇后，加入4mmol硝酸铋，搅拌2h，形成A溶液。
(2)称取一定比例的硝酸钐、硝酸镍及8mmol的正己基三甲基溴化铵溶于20ml去离子水中，搅拌，配置B溶液；
(3)在磁力搅拌下，把B逐滴加入A，继续搅拌3h后，转移到水热反应釜，于120℃下保温20h，离心，洗涤后，100℃干燥12h，即得到钐和镍共掺杂的溴氧化铋；将得到的钐和镍共掺杂的溴氧化铋与2mmol铁酸铋研磨1h混合均匀，得到铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋；
其中，铁酸铋的制备方法包括以下步骤：将1mmol硝酸铁和1.2mmol硝酸铋溶于5mL无水乙醇中得到混合溶液；将上述溶液在磁力搅拌过程中，滴加乙二酸，调节pH值为4，得到稳定的溶胶，溶胶在25℃陈化50h、在80℃干燥7h形成前驱体；然后将前驱体在温度250℃条件下预烧4h，去除有机物质，再在600℃焙烧4h制得FeBiO3纳米晶；
(4)将步骤(3)制备的4g铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋加入到50mL去离子水中超声分散20min，然后加入铌酸和钨酸，磁力搅拌，然后将得到的溶液转移到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，于190℃下恒温反应30h后，自然冷却至室温，用去离子水洗涤4次，100℃干燥12h，得到铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋@铌酸铋@钨酸铋的高效污水处理剂。所述高效污水处理剂中钐和镍共掺杂的溴氧化铋与铌酸铋、钨酸铋的摩尔比为1:0.1：0.1；所述钐的掺杂量为3wt％，所述镍的掺杂量为2wt％。
对比例2
一种高效污水处理剂的制备方法，所述高效污水处理剂的制备方法包括以下步骤：
(1)分别称取2mmol正己基三甲基溴化铵与2mmol溴化钾，溶于45ml乙二醇后，加入2mmol铁酸铋搅拌均匀，然后加入4mmol硝酸铋，搅拌2h，形成A溶液。
其中铁酸铋的制备方法包括以下步骤：将1mmol硝酸铁和1.2mmol硝酸铋溶于5mL无水乙醇中得到混合溶液；将上述溶液在磁力搅拌过程中，滴加乙二酸，调节pH值为4，得到稳定的溶胶，溶胶在25℃陈化50h、在80℃干燥7h形成前驱体；然后将前驱体在温度250℃条件下预烧4h，去除有机物质，再在600℃焙烧4h制得FeBiO3纳米晶；
(2)称取一定比例的硝酸钐及8mmol的正己基三甲基溴化铵溶于20ml去离子水中，搅拌，配置B溶液；
(3)在磁力搅拌下，把B逐滴加入A，继续搅拌3h后，转移到水热反应釜，于120℃下保温20h，离心，洗涤后，100℃干燥12h，即得到铁酸铋@钐掺杂的溴氧化铋；
(4)将步骤(3)制备的4g铁酸铋@钐掺杂的溴氧化铋加入到50mL去离子水中超声分散20min，然后加入铌酸和钨酸，磁力搅拌，然后将得到的溶液转移到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，于190℃下恒温反应30h后，自然冷却至室温，用去离子水洗涤4次，100℃干燥12h，得到铁酸铋@钐掺杂的溴氧化铋@铌酸铋@钨酸铋的高效污水处理剂。所述高效污水处理剂中钐掺杂的溴氧化铋与铌酸铋、钨酸铋的摩尔比为1:0.1：0.1；所述钐的掺杂量为5wt％。
对比例3
一种高效污水处理剂的制备方法，所述高效污水处理剂的制备方法包括以下步骤：
(1)分别称取2mmol正己基三甲基溴化铵与2mmol溴化钾，溶于45ml乙二醇后，加入2mmol铁酸铋搅拌均匀，然后加入4mmol硝酸铋，搅拌2h，形成A溶液。
其中铁酸铋的制备方法包括以下步骤：将1mmol硝酸铁和1.2mmol硝酸铋溶于5mL无水乙醇中得到混合溶液；将上述溶液在磁力搅拌过程中，滴加乙二酸，调节pH值为4，得到稳定的溶胶，溶胶在25℃陈化50h、在80℃干燥7h形成前驱体；然后将前驱体在温度250℃条件下预烧4h，去除有机物质，再在600℃焙烧4h制得FeBiO3纳米晶；
(2)称取一定比例的硝酸镍及8mmol的正己基三甲基溴化铵溶于20ml去离子水中，搅拌，配置B溶液；
(3)在磁力搅拌下，把B逐滴加入A，继续搅拌3h后，转移到水热反应釜，于120℃下保温20h，离心，洗涤后，100℃干燥12h，即得到铁酸铋@镍掺杂的溴氧化铋；
(4)将步骤(3)制备的4g铁酸铋@镍掺杂的溴氧化铋加入到50mL去离子水中超声分散20min，然后加入铌酸和钨酸，磁力搅拌，然后将得到的溶液转移到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，于190℃下恒温反应30h后，自然冷却至室温，用去离子水洗涤4次，100℃干燥12h，得到铁酸铋@镍掺杂的溴氧化铋@铌酸铋@钨酸铋的高效污水处理剂。所述高效污水处理剂中镍掺杂的溴氧化铋与铌酸铋、钨酸铋的摩尔比为1:0.1：0.1；所述镍的掺杂量为5wt％。
对比例4
一种高效污水处理剂的制备方法，所述高效污水处理剂的制备方法包括以下步骤：
(1)分别称取2mmol正己基三甲基溴化铵与2mmol溴化钾，溶于45ml乙二醇后，加入2mmol铁酸铋搅拌均匀，然后加入4mmol硝酸铋，搅拌2h，形成A溶液。
其中铁酸铋的制备方法包括以下步骤：将1mmol硝酸铁和1.2mmol硝酸铋溶于5mL无水乙醇中得到混合溶液；将上述溶液在磁力搅拌过程中，滴加乙二酸，调节pH值为4，得到稳定的溶胶，溶胶在25℃陈化50h、在80℃干燥7h形成前驱体；然后将前驱体在温度250℃条件下预烧4h，去除有机物质，再在600℃焙烧4h制得FeBiO3纳米晶；
(2)称取一定比例的硝酸钐、硝酸镍及8mmol的正己基三甲基溴化铵溶于20ml去离子水中，搅拌，配置B溶液；
(3)在磁力搅拌下，把B逐滴加入A，继续搅拌3h后，转移到水热反应釜，于120℃下保温20h，离心，洗涤后，100℃干燥12h，即得到铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋；
(4)将步骤(3)制备的4g铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋加入到50mL去离子水中超声分散20min，然后加入铌酸，磁力搅拌，然后将得到的溶液转移到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，于190℃下恒温反应30h后，自然冷却至室温，用去离子水洗涤4次，100℃干燥12h，得到铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋@铌酸铋的高效污水处理剂。所述高效污水处理剂中钐和镍共掺杂的溴氧化铋与铌酸铋的摩尔比为1:0.2；所述钐的掺杂量为3wt％，所述镍的掺杂量为2wt％。
对比例5
一种高效污水处理剂的制备方法，所述高效污水处理剂的制备方法包括以下步骤：
(1)分别称取2mmol正己基三甲基溴化铵与2mmol溴化钾，溶于45ml乙二醇后，加入2mmol铁酸铋搅拌均匀，然后加入4mmol硝酸铋，搅拌2h，形成A溶液。
其中铁酸铋的制备方法包括以下步骤：将1mmol硝酸铁和1.2mmol硝酸铋溶于5mL无水乙醇中得到混合溶液；将上述溶液在磁力搅拌过程中，滴加乙二酸，调节pH值为4，得到稳定的溶胶，溶胶在25℃陈化50h、在80℃干燥7h形成前驱体；然后将前驱体在温度250℃条件下预烧4h，去除有机物质，再在600℃焙烧4h制得FeBiO3纳米晶；
(2)称取一定比例的硝酸钐、硝酸镍及8mmol的正己基三甲基溴化铵溶于20ml去离子水中，搅拌，配置B溶液；
(3)在磁力搅拌下，把B逐滴加入A，继续搅拌3h后，转移到水热反应釜，于120℃下保温20h，离心，洗涤后，100℃干燥12h，即得到铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋；
(4)将步骤(3)制备的4g铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋加入到50mL去离子水中超声分散20min，然后加入钨酸，磁力搅拌，然后将得到的溶液转移到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，于190℃下恒温反应30h后，自然冷却至室温，用去离子水洗涤4次，100℃干燥12h，得到铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋@钨酸铋的高效污水处理剂。所述高效污水处理剂中钐和镍共掺杂的溴氧化铋与钨酸铋的摩尔比为1:0.2；所述钐的掺杂量为3wt％，所述镍的掺杂量为2wt％。
对比例6
一种高效污水处理剂的制备方法，所述高效污水处理剂的制备方法包括以下步骤：
(1)分别称取2mmol正己基三甲基溴化铵与2mmol溴化钾，溶于45ml乙二醇后，加入2mmol铁酸铋搅拌均匀，然后加入4mmol硝酸铋，搅拌2h，形成A溶液。
其中铁酸铋的制备方法包括以下步骤：将1mmol硝酸铁和1.2mmol硝酸铋溶于5mL无水乙醇中得到混合溶液；将上述溶液在磁力搅拌过程中，滴加乙二酸，调节pH值为4，得到稳定的溶胶，溶胶在25℃陈化50h、在80℃干燥7h形成前驱体；然后将前驱体在温度250℃条件下预烧4h，去除有机物质，再在600℃焙烧4h制得FeBiO3纳米晶；
(2)称取一定比例的硝酸钐、硝酸镍及8mmol的正己基三甲基溴化铵溶于20ml去离子水中，搅拌，配置B溶液；
(3)在磁力搅拌下，把B逐滴加入A，继续搅拌3h后，转移到水热反应釜，于120℃下保温20h，离心，洗涤后，100℃干燥12h，即得到铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋；
(4)将步骤(3)制备的4g铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋与铌酸铋和钨酸铋研磨3h，混合均匀后高效污水处理剂。所述高效污水处理剂中钐和镍共掺杂的溴氧化铋与铌酸铋、钨酸铋的摩尔比为1:0.1：0.1；所述钐的掺杂量为3wt％，所述镍的掺杂量为2wt％。
对比例7
一种高效污水处理剂的制备方法，所述高效污水处理剂的制备方法包括以下步骤：
(1)分别称取2mmol正己基三甲基溴化铵与2mmol溴化钾，溶于45ml乙二醇后，加入2mmol铁酸铋搅拌均匀，然后加入4mmol硝酸铋，搅拌2h，形成A溶液。
其中铁酸铋的制备方法包括以下步骤：将1mmol硝酸铁和1.2mmol硝酸铋溶于5mL无水乙醇中得到混合溶液；将上述溶液在磁力搅拌过程中，滴加柠檬酸，调节pH值为4，得到稳定的溶胶，溶胶在25℃陈化50h、在80℃干燥7h形成前驱体；然后将前驱体在温度250℃条件下预烧4h，去除有机物质，再在600℃焙烧4h制得FeBiO3纳米晶；
(2)称取一定比例的硝酸钐、硝酸镍及8mmol的正己基三甲基溴化铵溶于20ml去离子水中，搅拌，配置B溶液；
(3)在磁力搅拌下，把B逐滴加入A，继续搅拌3h后，转移到水热反应釜，于120℃下保温20h，离心，洗涤后，100℃干燥12h，即得到铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋；
(4)将步骤(3)制备的4g铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋加入到50mL去离子水中超声分散20min，然后加入铌酸和钨酸，磁力搅拌，然后将得到的溶液转移到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，于190℃下恒温反应30h后，自然冷却至室温，用去离子水洗涤4次，100℃干燥12h，得到铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋@铌酸铋@钨酸铋的高效污水处理剂。所述高效污水处理剂中钐和镍共掺杂的溴氧化铋与铌酸铋、钨酸铋的摩尔比为1:0.1：0.1；所述钐的掺杂量为3wt％，所述镍的掺杂量为2wt％。
对比例8
一种高效污水处理剂的制备方法，所述高效污水处理剂的制备方法包括以下步骤：
(1)分别称取2mmol正己基三甲基溴化铵与2mmol溴化钾，溶于45ml乙二醇后，加入2mmol铁酸铋搅拌均匀，然后加入4mmol硝酸铋，搅拌2h，形成A溶液。
其中铁酸铋的制备方法包括以下步骤：将1mmol硝酸铁和1.2mmol硝酸铋溶于5mL无水乙醇中得到混合溶液；将上述溶液在磁力搅拌过程中，滴加酒石酸，调节pH值为4，得到稳定的溶胶，溶胶在25℃陈化50h、在80℃干燥7h形成前驱体；然后将前驱体在温度250℃条件下预烧4h，去除有机物质，再在600℃焙烧4h制得FeBiO3纳米晶；
(2)称取一定比例的硝酸钐、硝酸镍及8mmol的正己基三甲基溴化铵溶于20ml去离子水中，搅拌，配置B溶液；
(3)在磁力搅拌下，把B逐滴加入A，继续搅拌3h后，转移到水热反应釜，于120℃下保温20h，离心，洗涤后，100℃干燥12h，即得到铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋；
(4)将步骤(3)制备的4g铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋加入到50mL去离子水中超声分散20min，然后加入铌酸和钨酸，磁力搅拌，然后将得到的溶液转移到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，于190℃下恒温反应30h后，自然冷却至室温，用去离子水洗涤4次，100℃干燥12h，得到铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋@铌酸铋@钨酸铋的高效污水处理剂。所述高效污水处理剂中钐和镍共掺杂的溴氧化铋与铌酸铋、钨酸铋的摩尔比为1:0.1：0.1；所述钐的掺杂量为3wt％，所述镍的掺杂量为2wt％。
将实施例1-3与对比例1-8的高效污水处理剂用于光催化降解实验，具体测试结果见表1。具体方法如下：
取10mg光催化剂，加入到罗丹明B的水溶液中(浓度为2×10-4M)，先黑暗条件下搅拌20min，再在氙灯(350W)照射下搅拌，测定5min、10min时的降解率。
取10mg光催化剂，加入到甲基橙的水溶液中(浓度为2×10-4M)，先黑暗条件下搅拌20min，再在氙灯(350W)照射下搅拌，测定5min、10min时的降解率。
表1实施例1-3与对比例1-8的测试结果
通过实施例1-3与对比例1-8的对比可以看出，本申请制备的高效污水处理剂具有优异的光催化性能，而且组分之间具有相互协同作用，在光催化降解废水中的有机染料，具有优异的降解能力。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高效污水处理剂的制备方法，其特征在于：所述高效污水处理剂的制备方法包括以下步骤：
(1)分别称取正己基三甲基溴化铵与溴盐，溶于35～60ml乙二醇后，加入铁酸铋搅拌均匀，然后加入铋盐，搅拌1～3h，形成A溶液；
(2)称取一定比例的钐盐、镍盐及6～10mmol的正己基三甲基溴化铵溶于15～25ml去离子水中，搅拌，配置B溶液；
(3)在磁力搅拌下，把B逐滴加入A，继续搅拌2～4h后，转移到水热反应釜，于110～130℃下保温15～25h，离心，洗涤后，干燥，即得到铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋；
(4)将步骤(3)制备的铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋加入到去离子水中超声分散10～30min，然后加入铌酸和钨酸，磁力搅拌，然后将得到的溶液转移到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，于160～220℃下恒温反应20～40h后，自然冷却至室温，用去离子水洗涤3～5次，干燥，得到铁酸铋@钐和镍共掺杂的溴氧化铋@铌酸铋@钨酸铋的高效污水处理剂。
2.根据权利要求1所述的一种高效污水处理剂的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述正己基三甲基溴化铵与溴盐的摩尔比为1:1；所述正己基三甲基溴化铵与铋盐的摩尔比为1:2；所述溴盐与步骤(2)中的正己基三甲基溴化铵的摩尔比1:3～5。
3.根据权利要求1或2所述的一种高效污水处理剂的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述溴盐为溴化钠或溴化钾；所述铋盐为氯化铋、硝酸铋、醋酸铋中的一种或多种；所述铁酸铋与铋盐的摩尔比为1:1～3。
4.根据权利要求1或2所述的一种高效污水处理剂的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述铁酸铋的制备方法包括以下步骤：将铁源和铋源化合物按照摩尔比为1：(1.1～1.3)溶于溶剂中，铁源与溶剂的摩尔与体积比是1mmol：(3～6)mL；将上述溶液在磁力搅拌过程中，滴加有机酸，调节pH值为3～5，得到稳定的溶胶，溶胶经过陈化、干燥形成前驱体，陈化、干燥工艺为：陈化温度15～35℃，陈化时间40～60h，干燥温度70～90℃，干燥时间4～10h；前驱体再焙烧制得FeBiO3纳米晶。
5.根据权利要求4所述的一种高效污水处理剂的制备方法，其特征在于：所述焙烧工艺为：先在温度220～280℃条件下预烧3～5h，去除有机物质，再在550～650℃焙烧2～5h即可。
6.根据权利要求4所述的一种高效污水处理剂的制备方法，其特征在于：所述铁源为硝酸铁、氯化铁中的至少一种；所述铋源为氯化铋、硝酸铋、醋酸铋中的至少一种；所述溶剂为甲醇、乙二醇、无水乙醇中的至少一种；所述有机酸为乙二酸、柠檬酸、酒石酸中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种高效污水处理剂的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述钐盐为硝酸钐、氯化钐、醋酸钐中的一种或多种；所述镍盐为硝酸镍、氯化镍、醋酸镍中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种高效污水处理剂的制备方法，其特征在于：在步骤(4)中，所述高效污水处理剂中钐和镍共掺杂的溴氧化铋与铌酸铋、钨酸铋的摩尔比为1:0.05～0.15：0.05～0.15；所述钐的掺杂量为2～4wt％，所述镍的掺杂量为1～3wt％。
9.根据权利要求1-8任一项所述的制备方法制备的高效污水处理剂。
10.根据权利要求9所述的高效污水处理剂的应用，其特征在于：所述高效污水处理剂用于光催化降解废水中的有机染料。
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