一種水相分散型光催化劑及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水相分散型BiOCl光催化劑，以BiCl3為鉍源，水為溶劑，氨水為pH調(diào)節(jié)劑，六偏磷酸鈉為分散劑，利用簡單易行經(jīng)濟(jì)環(huán)保的水解法制得水相分散型BiOCl光催化劑。本發(fā)明還公開了該水相分散型BiOCl光催化劑的制備方法和應(yīng)用。該制備方法簡單易行、低溫環(huán)保，不但降低了其工業(yè)化成本和能源消耗，而且獲得的水相分散型BiOCl光催化劑具有優(yōu)異的光催化性能；尤其重要的是，該類催化劑分散性和穩(wěn)定性好；此外，此類催化劑運(yùn)用于液相和油狀污染物的處理，表現(xiàn)出近似均相催化特征，不但提高其光催化性能，而且克服了循環(huán)使用過程中粉體催化劑固液分離難的缺陷和薄膜催化劑所帶來的繁瑣工序以及活性降低的問題。
【專利說明】一種水相分散型光催化劑及其制備方法和應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種水相分散型光催化劑，具體地說是一種水相分散型BiOCl光催化 齊IJ、其制備方法以及其在處理有機(jī)污染物中的應(yīng)用，屬于無機(jī)合成光催化劑【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 近些年，隨著染料工業(yè)和餐飲行業(yè)的飛速發(fā)展，染料廢水污染和廢油脂排放問題 加劇。其中，染料難以被普通氧化劑氧化或微生物降解，造成嚴(yán)重的水體、土壤及生態(tài)環(huán)境 污染；廢棄油脂則因其主要成分大分子甘油三酯脫羧和轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)的發(fā)生條件苛刻而難以 被處理。因此，尋找出一種快速經(jīng)濟(jì)有效的方案解決染料廢水和甘油三酯脫羧反應(yīng)，是實(shí)現(xiàn) 可持續(xù)發(fā)展和全民健康生活的關(guān)鍵問題。
[0003] 多相光催化氧化技術(shù)利用可再生清潔太陽能處理有機(jī)污染物，因其具有反應(yīng)過程 簡單、迅速、徹底、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。與傳統(tǒng)110 2光催化劑相比，BiOCl作為一 種間接帶隙半導(dǎo)體，具有更高的導(dǎo)帶位置和更寬的禁帶寬度你.· 7激入促使激發(fā)電子在其內(nèi)部的躍遷過程中必須經(jīng)過布里淵區(qū)的某J點(diǎn)才能到達(dá)導(dǎo) 帶，有效地降低了光生電子-空穴對的復(fù)合率，提高了催化劑量子利用率（泛--. 2011,47:6951-6953;AppLGia乂召iWJ, 7忽-7JJ.·J忽-於7.)。此外，BiOCl的 微觀結(jié)構(gòu)是由[Bi2O2]2+層和雙Cr離子層交替組成的層狀結(jié)構(gòu)，保證光催化反應(yīng)過程中，結(jié) 構(gòu)內(nèi)部有足夠空間來完成相應(yīng)的原子和原子軌道的極化，產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極矩作用，加快電荷 移動速率，增強(qiáng)其自身光催化性能。因此，BiOCl光催化劑受到了該領(lǐng)域國內(nèi)外研究者的廣 泛關(guān)注，被認(rèn)為是一種極具應(yīng)用前景的光催化材料。
[0004] 目前，關(guān)于BiOCl光催化劑的研究主要集中在粉體的研制及其固定化技術(shù)研發(fā)， 而關(guān)于水相分散型BiOCl光催化劑未見報(bào)道。故本發(fā)明一種水相分散型BiOCl光催化劑的 制備方法無論在新型光催化劑的研發(fā)和制備技術(shù)發(fā)展還是催化劑循環(huán)利用方面都有重要 的指導(dǎo)和啟迪意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種水相分散型BiOCl光催化劑，屬于新型光催化劑研發(fā)、太陽能光 催化劑制備技術(shù)、有機(jī)污染物處理領(lǐng)域。本發(fā)明還提供了該水相分散型BiOCl光催化劑的 制備方法和應(yīng)用，將水相分散型BiOCl光催化劑在太陽光或模擬太陽光或紫外光照射下， 均表現(xiàn)出對甲基橙、苯酚、雙酚A優(yōu)異的礦化效率和光催化甘油三酯脫羧能力，達(dá)到實(shí)現(xiàn)水 相分散型光催化劑高效處理有機(jī)染料和廢油脂再利用技術(shù)研發(fā)之目的。
[0006] 本發(fā)明提供了一種水相分散型BiOCl光催化劑，其特征在于：以BiCl3S鉍源， 水為溶劑，氨水為pH調(diào)節(jié)劑,六偏磷酸鈉為分散劑,利用水解法在常溫下制得水相分散型 BiOCl光催化劑。
[0007] 本發(fā)明提供了所述的水相分散型BiOCl光催化劑的制備方法，其特征在于：包括 以下步驟： (1) 稱取含鉍元素摩爾數(shù)為0. 16?0. 63mmol的分析純BiCl3，加入盛有5?25mL蒸 餾水燒杯中，常溫下磁力攪拌溶解1?2h，形成溶液A; (2) 量取10?20mL27%氨水溶液，記為溶液B; (3) 將溶液B逐漸滴加到溶液A中，保持滴速為1.5mL/min，調(diào)節(jié)pH值為6?9,充分 攪拌2?4h后，即得懸浮催化劑體系，記為懸浮液C; (4) 稱取0. 001?0. 01mmol的六偏磷酸鈉，加入到上述懸浮催化劑體系中，再經(jīng)超聲 波充分混合、振蕩1?2h后，即得到水相分散型BiOCl光催化劑。
[0008] 本發(fā)明還提供了上述水相分散型BiOCl光催化劑降解有機(jī)污染物的應(yīng)用。所述有 機(jī)污染物為甲基橙、苯酚、雙酚A中的任一種。
[0009] 所述水相分散型BiOCl光催化劑降解有機(jī)污染物的具體方法為：在常溫常壓下， 水相分散型BiOCl光催化劑在不同光源照射下礦化有機(jī)污染物，光催化劑用量為5?20 mL，有機(jī)染料濃度為10mg/L。
[0010] 所述光源為太陽光、模擬太陽光、紫外光、可見光的任一種。
[0011] 本發(fā)明以BiCl3為鉍源，水為溶劑，通過經(jīng)濟(jì)環(huán)保簡單易行的水解法，采用氨水為 pH調(diào)節(jié)劑，六偏磷酸鈉為分散劑，兩者在水相中固有的較高的水溶性和粘性，起到了如下 作用：1)有效降低溶劑的表面張力，提高顆粒表面的潤濕性及其分散效果；2)對溶液中 BiOCl納米粒子形成一定包覆，增大粒子或分子間距，有效地減小分子間范德華力引力，提 高其分散度；3)在溶液中可通過離解帶電，進(jìn)而增大BiOCl納米顆粒表面電位的絕對值， 提高顆粒間靜電排斥作用能，形成穩(wěn)定的分散體系。
[0012] 水相分散型BiOCl光催化劑的制備和應(yīng)用，不僅省去了離心、洗滌和烘干等復(fù)雜 操作，降低了其工業(yè)化成本和能源消耗，而且獲得的催化劑具有優(yōu)異的光催化性能；尤為重 要的是，該催化劑存在于水相光催化處理系統(tǒng)，分散性高、穩(wěn)定性好，有效地避免了粉體催 化劑所固有的易團(tuán)聚、分散差、易飛揚(yáng)的缺陷，既減少了粉體污染又保證催化劑較大的比表 面積；此外，此類催化劑運(yùn)用于液相和油狀污染物的處理，表現(xiàn)出近似均相催化作用的特 征，不但提高其光催化性能，而且克服了循環(huán)使用過程中粉體催化劑固液分離難的缺陷和 薄膜催化劑所帶來的繁瑣工序以及活性降低的問題。
[0013] 本發(fā)明的有益效果： 1、 與粉體和薄膜BiOCl光催化劑相比，水相分散型BiOCl光催化劑具有更高的光催化 性能，制備過程低溫環(huán)保、簡單易行，且所需原料簡單易得、副產(chǎn)品無毒無害，水相分散型光 催化劑使用方便，便于今后工程化大規(guī)模生產(chǎn)； 2、 水相分散型BiOCl光催化劑是以水相分散形式存在于光催化處理系統(tǒng)，分散性高和 重復(fù)性好，有效地避免了粉體催化劑所固有的易團(tuán)聚、分散差、易飛揚(yáng)的缺陷，既減少了粉 體污染又保證催化劑較大的比表面積； 3、 水相分散型BiOCl光催化劑可運(yùn)用于液相和油狀污染物的處理，其近似均相催化作 用的特征不僅有利于其光催化性能的提高，同時(shí)也克服了循環(huán)使用過程中粉體催化劑固液 分離難的缺陷和薄膜催化劑所帶來的繁瑣工序以及活性降低問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1為實(shí)施例1~3制備的水相分散型BiOCl光催化劑的XRD圖譜。

【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面通過實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但不局限于以下實(shí)施例。
[0016] 實(shí)施例1 : 1) 稱取含秘元素摩爾數(shù)為〇. 16mmol的分析純BiCl3，加入盛有5mL蒸饋水燒杯中， 常溫下磁力攪拌溶解I. 5h，形成溶液A-I; 2) 量取10mL27%氨水溶液，記為溶液B; 3) 將溶液B-I逐漸滴加到溶液A-I中，保持滴速為I. 5mL/min，調(diào)節(jié)pH值為8,充分?jǐn)?拌3h，即得懸浮催化劑體系，記為懸浮液C-I; 4) 稱取0.003mmol的六偏磷酸鈉，加入到上述懸浮催化劑體系中，再經(jīng)超聲波充分混 合、振蕩Ih后，即得到水相分散型BiOCl光催化劑，記為懸浮液BiOCl-I。
[0017] 以上所得的水相分散型催化劑BiOCl-I經(jīng)離心，洗滌，烘干后，我們對其進(jìn)行了X 射線衍射表征如圖1所示，所制催化劑的衍射峰均與JCPDS06-0249標(biāo)準(zhǔn)卡上記錄的純四 方晶相BiOCl標(biāo)準(zhǔn)圖譜一致，表明制備催化劑為純BiOCl。
[0018] 實(shí)施例2: 1) 稱取含秘元素摩爾數(shù)為0.32mmol的分析純BiCl3，加入盛有10mL蒸饋水燒杯中， 常溫下磁力攪拌溶解2h，形成溶液A-2 ; 2) 量取15mL27%氨水溶液，記為溶液B-2 ; 3) 將溶液B-2逐漸滴加到溶液A-2中，保持滴速為I. 5mL/min，調(diào)節(jié)pH值為9,充分?jǐn)?拌4h后，即得懸浮催化劑體系，記為懸浮液C-2 ; 4) 稱取0.006mmol的六偏磷酸鈉，加入到上述懸浮催化劑體系中，再經(jīng)超聲波充分混 合、振蕩I. 5h后，即得到水相分散型BiOCl光催化劑，記為BiOCl-2。
[0019] 以上所得的水相分散型催化劑BiOCl-2經(jīng)離心，洗滌，烘干后，我們對其進(jìn)行了X 射線衍射表征如圖1所示，所制催化劑的衍射峰均與JCPDS06-0249標(biāo)準(zhǔn)卡上記錄的純四 方晶相BiOCl標(biāo)準(zhǔn)圖譜一致，表明制備催化劑為純BiOCl。
[0020] 實(shí)施例3 : U稱取含秘元素摩爾數(shù)為0.63mmol的分析純BiCl3，加入盛有20mL蒸饋水燒杯中， 常溫下磁力攪拌溶解2h，形成溶液A-3 ; 2) 量取20mL27%氨水溶液，記為溶液B-3 ; 3) 將溶液B-3逐漸滴加到溶液A-3中，保持滴速為I. 5mL/min，調(diào)節(jié)pH值為9,充分?jǐn)?拌2h后，即得懸浮催化劑體系，記為懸浮液C-3 ; 4) 稱取0.01mmol的六偏磷酸鈉，加入到上述懸浮催化劑體系中，再經(jīng)超聲波充分混 合、振蕩2h后，即得到水相分散型BiOCl光催化劑，記為Bi0Cl-3。
[0021] 以上所得的水相分散型催化劑Bi0Cl-3經(jīng)離心，洗滌，烘干后，我們對其進(jìn)行了X 射線衍射表征如圖1所示，所制催化劑的衍射峰均與JCPDS06-0249標(biāo)準(zhǔn)卡上記錄的純四 方晶相BiOCl標(biāo)準(zhǔn)圖譜一致，表明制備催化劑為純BiOCl。
[0022] 實(shí)施例4 :水相分散型BiOCl光催化劑降解甲基橙溶液的應(yīng)用 1)準(zhǔn)備待降解液：分別準(zhǔn)確稱取10mg的甲基橙，將其溶于蒸餾水中，并用定量瓶定容 至1000mL，制得10mg/L的待降解液； 2)分別采用實(shí)施例廣3所得的BiOCl-1、BiOCl-2、BiOCl-3光催化劑進(jìn)行光催化處理 三組待降解液： 用移液管準(zhǔn)確移取100mL上述1)的待降解液，分別加入BiOCl-1、BiOCl-2、BiOCl-3 催化劑，反應(yīng)體系溫度控制在25°C，在避光條件下吸附Ih，以期達(dá)到吸附平衡；然后打開 紫外光光源，對甲基橙溶液進(jìn)行光催化降解實(shí)驗(yàn)，每隔15min取樣一次，利用紫外-可見分 光光度法對溶液中剩余甲基橙的濃度進(jìn)行分析并計(jì)算其降解率。
[0023] 將上述實(shí)施例1、2、3中的溶液C-l、C-2、C-3分別通過離心、洗滌和干燥后得到各 制備方法對應(yīng)的粉體催化劑，記為粉體-1、粉體-2、粉體_3,進(jìn)行對比試驗(yàn)，結(jié)果見表1所 /Jn〇
[0024] 表1為制備的水相分散型BiOCl-1、BiOCl-2、BiOCl-3光催化劑和相應(yīng)粉體催化 劑對甲基橙的降解效果。這些表明無論何種制備方法所得水相分散型BiOCl-1、BiOCl-2、 BiOCl-3在60min內(nèi)達(dá)到對甲基橙98%以上的降解效果，其光催化活性均明顯優(yōu)于粉體催 化劑。
[0025] 表1制備的水相分散型BiOCl光催化劑和相應(yīng)粉體催化劑甲基橙的降解率對比

【權(quán)利要求】
1. 一種水相分散型BiOCl光催化劑，其特征在于：以BiCl3為鉍源，水為溶劑，氨水為 pH調(diào)節(jié)劑，六偏磷酸鈉為分散劑，利用水解法在常溫下制得水相分散型BiOCl光催化劑。
2. -種權(quán)利要求1所述的水相分散型BiOCl光催化劑的制備方法，其特征在于：包括 以下步驟： (1) 稱取含鉍元素摩爾數(shù)為〇. 16?0. 63 mmol的分析純BiCl3，加入盛有5?25 mL蒸 餾水燒杯中，常溫下磁力攪拌溶解1?2 h，形成溶液A ; (2) 量取10?20 mL 27%氨水溶液，記為溶液B ; (3) 將溶液B逐漸滴加到溶液A中，保持滴速為1.5 mL/min，調(diào)節(jié)pH值為6?9,充分 攪拌2?4 h后，即得懸浮催化劑體系，記為懸浮液C ; (4) 稱取0. 001?0. 01 mmol的六偏磷酸鈉，加入到上述懸浮催化劑體系中，再經(jīng)超聲 波充分混合、振蕩1?2 h后，即得到水相分散型BiOCl光催化劑。
3. -種權(quán)利要求1所述的水相分散型BiOCl光催化劑降解有機(jī)污染物的應(yīng)用。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的水相分散型BiOCl光催化劑降解有機(jī)污染物的應(yīng)用，其特征 在于：所述有機(jī)污染物為甲基橙、苯酚、雙酚A中的任一種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用，其特征在于：具體方法為：在常溫常壓下，水相分散型 BiOCl光催化劑在不同光源照射下礦化有機(jī)污染物，光催化劑用量為5?20 mL，有機(jī)染料 濃度為10 mg/L。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用，其特征在于：所述光源為太陽光、模擬太陽光、紫外光、 可見光的任一種。
【文檔編號】C02F101/38GK104226341SQ201410477422
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】張小超, 李 瑞, 張繼龍, 易群, 樊彩梅 申請人:太原理工大學(xué)