光催化劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)環(huán)保光催化材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種負(fù)載型Bi2O2CO3光催化劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，利用半導(dǎo)體光催化技術(shù)降解染料廢水及空氣中有機(jī)污染物的研究十分活躍。光催化技術(shù)的核心內(nèi)容為選擇合適的光催化劑，半導(dǎo)體光催化劑不同，其帶隙不同，對(duì)光源的選擇性不同，帶隙激發(fā)需要的光能也不同，導(dǎo)致不同半導(dǎo)體光催化性能的差異。例如某些窄帶隙半導(dǎo)體光催化劑如CdS等在可見(jiàn)光照射下有光催化活性，但是由于其本身的光化學(xué)不穩(wěn)定性，使其在光線照射下會(huì)發(fā)生光腐蝕，因而不是良好的光催化劑。因此，開(kāi)發(fā)新型具有光化學(xué)穩(wěn)定性及具有較高光催化活性的光催化劑顯得尤為迫切。
[0003]Bi2O2CO3是一種新型的光催化材料，其禁帶寬度為3.4eV，當(dāng)受到能量不低于其帶隙的光照射時(shí)，會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴，具有較強(qiáng)的還原性和氧化性，能直接將有機(jī)污染物降解成無(wú)毒無(wú)害的水和二氧化碳。但是納米Bi2O2CO3光催化劑在使用過(guò)程中一方面容易團(tuán)聚致使光催化活性降低，另一方面由于其粒徑太小導(dǎo)致其分離及回收再生困難。所以，用于廢水處理時(shí)，必須將Bi2O2CO3負(fù)載于一定的載體上才能使用。高嶺土是儲(chǔ)量豐富的非金屬礦物，是以高嶺石族礦物為主要成分的土質(zhì)巖石，具有強(qiáng)的離子吸附性和弱的陽(yáng)離子交換性、強(qiáng)吸水性、易于分散懸浮于水中等特點(diǎn)，非常適合用來(lái)作為Bi2O2CO3光催化劑的載體。以天然礦物高嶺土作為Bi2O2CO3*催化劑載體，可以使Bi 2020)3光催化劑牢固地與礦物結(jié)合，進(jìn)而使光催化性能更穩(wěn)定持久；另外，在廢水處理應(yīng)用中，還可以利用高嶺土的離子交換和吸附性能將廢水中的有機(jī)物有效地吸附到Bi2O2CO3光催化劑的表面，增加催化劑與污染物的接觸幾率，達(dá)到提高光降解效率和降解速率的目的，同時(shí)還可以大大降低催化劑的制備成本。盡管將Bi2O2CO3負(fù)載在高嶺土上可以提高其光催化活性，然而在工程應(yīng)用上，懸浮體系光催化劑粉末使用后需要過(guò)濾將其分離回收，在分離過(guò)程中相當(dāng)一部分光催化劑流失，同時(shí)回收的光催化劑活性也有所降低。近年來(lái)，一種高效、快速且經(jīng)濟(jì)的磁分離技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。如果將一種磁性組分負(fù)載在Bi2O2CO3*催化劑表面，不但可以避免催化劑顆粒間的團(tuán)聚，提高其光催化活性，還可以增加Bi2O2CO3*催化劑的沉降速率，并利用磁分離技術(shù)將其從廢水處理體系中快速分離出，解決了光催化技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的關(guān)鍵問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種光催化活性高且易于分離回收并重復(fù)使用的負(fù)載型Bi2O2CO3光催化劑。
[0005]本發(fā)明解決的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供了一種操作簡(jiǎn)單、易于控制且成本低廉的負(fù)載型Bi2O2CO3光催化劑的制備方法。
[0006]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案，一種負(fù)載型Bi2O2CO3光催化劑，其特征在于是通過(guò)將Bi2O2COr^負(fù)載有軟磁性Mn a5ZnQ.5Fe204的高嶺土復(fù)合而形成的，其中高嶺土與軟磁性Mn。.5ZnQ.5Fe204的質(zhì)量比為5_15:1，負(fù)載有軟磁性Mn Q.5Zna5Fe204的高嶺土與Bi2O2CO3的質(zhì)量比為1-3:1。
[0007]本發(fā)明所述的負(fù)載型Bi2O2CO3*催化劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟:
(I)將硝酸錳、硝酸鋅和硝酸鐵按摩爾比1:1:4的比例與去離子水混合均勻得到混合溶液，再向混合溶液中加入高嶺土，然后向混合體系中加入乙二胺四乙酸二鈉(EDTA)，其中EDTA的加入量與硝酸鋅的摩爾比為3:1，將所得的混合體系在80°C的水浴中保持12h得到濕凝膠，濕凝膠經(jīng)110°C干燥得到干凝膠，然后將干凝膠于500°C煅燒2h后得到負(fù)載有軟磁性Mna5Zna5Fe2O4的高嶺土；(2)在攪拌條件下將五水硝酸鉍和尿素按摩爾比1:3的比例與去離子水混合均勻得到混合溶液，向混合溶液中加入氨水調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為4，在攪拌條件下將步驟(I)制得的負(fù)載有軟磁性Mn。.5Zna5Fe204的高嶺土加入到上述混合溶液中，將所得的混合體系轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，然后將水熱反應(yīng)釜放入微波消解儀中于180-200°C微波反應(yīng)10-30min，經(jīng)冷卻、過(guò)濾、洗滌、干燥后得到具有高催化活性的負(fù)載型Bi2O2CO3*催化劑。
[0008]進(jìn)一步限定，步驟(I)的混合溶液中硝酸鋅的摩爾濃度為0.01mol/Lo
[0009]進(jìn)一步限定，步驟(I)中加入高嶺土的量為軟磁性Mna5Zna5Fe2O4質(zhì)量的5_15倍。
[0010]進(jìn)一步限定，步驟(2)的混合溶液中硝酸鉍的摩爾濃度為0.05mol/Lo
[0011]進(jìn)一步限定，步驟(2沖加入負(fù)載有軟磁性Mna5Zna5Fe2O4的高嶺土的量為Bi2O2CO3質(zhì)量的1_3倍。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下顯著優(yōu)點(diǎn):1、高嶺土較強(qiáng)的吸附吸性能可以維持Bi2O2CO3懸浮體系較高的光催化效率；2、利用磁性技術(shù)來(lái)回收光催化劑，簡(jiǎn)化分離過(guò)程，降低操作費(fèi)用；3、本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，易于控制且成本低廉。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明，應(yīng)該指出，本發(fā)明并非局限于下述各實(shí)施例。
[0014]實(shí)施例1
(1)將物質(zhì)的量分別為0.1X10 2mol、0.1 X 10 2mol和0.4X10 2mol的硝酸錳、硝酸鋅和硝酸鐵用去離子水配成混合溶液，混合溶液中硝酸鋅的摩爾濃度為0.0lmol/L，再向混合溶液中加入相當(dāng)于上述體系軟磁性Mn。.5Zn0.5Fe204質(zhì)量5倍的高嶺土，然后向混合體系中加Λ 0.3X10 2mol EDTA,將所得的混合體系在80°C的水浴中保持12h得到濕凝膠，濕凝膠經(jīng)110°C干燥得到干凝膠，然后將干凝膠于500°C煅燒2h后得到負(fù)載有軟磁性Mna5Zna5Fe2O4的尚嶺土 ；
(2)在攪拌條件下將物質(zhì)的量分別為0.55X 10 2mol和1.65X102mol的硝酸鉍和尿素用去離子水配成混合溶液，混合溶液中硝酸鉍的摩爾濃度為0.05mol/L,向混合溶液中加入氨水調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為4，然后加入1.415g步驟(I)制得的負(fù)載有軟磁性Mna5Zna5Fe2O4的高嶺土，將所得的混合體系轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，然后將水熱反應(yīng)釜放入微波消解儀中于180°C微波反應(yīng)30min，經(jīng)冷卻、過(guò)濾、洗滌、干燥后得到具有高催化活性的負(fù)載型Bi2O2CO3光催化劑。
[0015]實(shí)施例2 (1)將物質(zhì)的量分別為0.lX102mol、0.lX102mol和0.4X102mol的硝酸錳、硝酸鋅和硝酸鐵用去離子水配成混合溶液，混合溶液中硝酸鋅的摩爾濃度為0.0lmol/L，再向混合溶液中加入相當(dāng)于上述體系軟磁性Mna5Zna5Fe2O4質(zhì)量10倍的高嶺土，然后向混合體系中加入0.3X 10 2mol EDTA,將所得的混合體系在80°C的水浴中保持12h得到濕凝膠，濕凝膠經(jīng)110°C干燥得到干凝膠，然后將干凝膠于500°C煅燒2h后得到負(fù)載有軟磁性Mn。.5ZnQ.5Fe204 的高嶺土 ；
(2)在攪拌條件下將物質(zhì)的量分別為0.55X 10 2mol和1.65X102mol的硝酸鉍和尿素用去離子水配成混合溶液，混合溶液中硝酸鉍的摩爾濃度為0.05mol/L,向混合溶液中加入氨水調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為4，然后加入2.594g步驟(I)制得的負(fù)載有軟磁性Mna5Zna5Fe2O4的高嶺土，將所得的混合體系轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，然后將水熱反應(yīng)釜放入微波消解儀中于180°C微波反應(yīng)20min，經(jīng)冷卻、過(guò)濾、洗滌、干燥后得到具有高催化活性的負(fù)載型Bi2O2CO3光催化劑。
[0016]實(shí)施例3
Cl)將物質(zhì)的量分別為0.lX102mol、0.lX102mol和0.4X102mol的硝酸錳、硝酸鋅和硝酸鐵用去離子水配成混合溶液，混合溶液中硝酸鋅的摩爾濃度為0.0lmol/L，再向混合溶液中加入相當(dāng)于上述體系軟磁性Mna5Zna5Fe2O4質(zhì)量15倍的高嶺土，然后向混合體系中加入0.3X 10 2mol EDTA,將所得的混合體系在80°C的水浴中保持12h得到濕凝膠，濕凝膠經(jīng)110°C干燥得到干凝膠，然后將干凝膠在500°C煅燒2h后得到負(fù)載有軟磁性Mn。.5ZnQ.5Fe204 的高嶺土 ；
(2)在攪拌條件下將物質(zhì)的量分別為0.55X 10 2mol和1.65X 10 2mol的硝酸鉍和尿素用去離子水配成混合溶液，混合溶液中硝酸鉍的摩爾濃度為0.05mol/L,向混合溶液中加入氨水調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為4，然后加入3.82g步驟(2)制得的負(fù)載有軟磁性Mna5Zna5Fe204的高嶺土，將所得的混合體系轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，然后將水熱反應(yīng)釜放入微波消解儀中于200°C微波反應(yīng)lOmin，經(jīng)冷卻、過(guò)濾、洗滌、干燥后得到具有高催化活性的負(fù)載型Bi2O2CO3光催化劑。
[0017]以上實(shí)施例描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明原理的范圍下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)均落入本發(fā)明保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種負(fù)載型Bi 202C03光催化劑，其特征在于是通過(guò)將Bi 202(:03與負(fù)載有軟磁性Mna5Zna5Fe2O4的高嶺土復(fù)合而形成的，其中高嶺土與軟磁性Mn a5Zna5Fe204的質(zhì)量比為5-15:1，負(fù)載有軟磁性Mna5Zna5Fe2O4的高嶺土與Bi 202C03的質(zhì)量比為1-3:1。2.一種權(quán)利要求1所述的負(fù)載型Bi 2020)3光催化劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟:(I)將硝酸錳、硝酸鋅和硝酸鐵按摩爾比1:1:4的比例與去離子水混合均勻得到混合溶液，再向混合溶液中加入高嶺土，然后向混合體系中加入EDTA，其中EDTA的加入量與硝酸鋅的摩爾比為3:1，將所得的混合體系在80°C的水浴中保持12h得到濕凝膠，濕凝膠經(jīng)110°C干燥得到干凝膠，然后將干凝膠于500°C煅燒2h后得到負(fù)載有軟磁性Mna5Zna5Fe2O4的高嶺土；(2)在攪拌條件下將五水硝酸鉍和尿素按摩爾比1:3的比例與去離子水混合均勻得到混合溶液，向混合溶液中加入氨水調(diào)節(jié)混合溶液的PH值為4，在攪拌條件下將步驟(I)制得的負(fù)載有軟磁性Mna5Zna5Fe2O4的高嶺土加入到上述混合溶液中，將所得的混合體系轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，然后將水熱反應(yīng)釜放入微波消解儀中于180-200 °C微波反應(yīng)10-30min，經(jīng)冷卻、過(guò)濾、洗滌、干燥后得到具有高催化活性的負(fù)載型Bi2O2CO3*催化劑。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的負(fù)載型Bi2020)3光催化劑的制備方法，其特征在于:步驟(I)的混合溶液中硝酸鋅的摩爾濃度為0.01mol/Lo4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的負(fù)載型Bi2020)3光催化劑的制備方法，其特征在于:步驟(I)中加入高嶺土的量為軟磁性Mna5Zna5Fe2O4質(zhì)量的5_15倍。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的負(fù)載型Bi2020)3光催化劑的制備方法，其特征在于:步驟(2)的混合溶液中硝酸祕(mì)的摩爾濃度為0.05mol/Lo6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的負(fù)載型Bi2020)3光催化劑的制備方法，其特征在于:步驟(2)中加入負(fù)載有軟磁性Mna5Zna5Fe2O4的高嶺土的量為Bi 202C03質(zhì)量的1_3倍。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種負(fù)載型Bi2O2CO3光催化劑及其制備方法，屬于無(wú)機(jī)環(huán)保光催化材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的技術(shù)方案要點(diǎn)是通過(guò)將Bi2O2CO3與負(fù)載有軟磁性Mn0.5Zn0.5Fe2O4的高嶺土復(fù)合而形成的。本發(fā)明還公開(kāi)了該負(fù)載型Bi2O2CO3光催化劑的制備方法。本發(fā)明的高嶺土較強(qiáng)的吸附吸性能可以維持Bi2O2CO3懸浮體系較高的光催化效率，利用磁性技術(shù)來(lái)回收光催化劑，簡(jiǎn)化分離過(guò)程，降低操作費(fèi)用，制備方法簡(jiǎn)單，易于控制且成本低廉。
【IPC分類】B01J27/236
【公開(kāi)號(hào)】CN104998671
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510298200
【發(fā)明人】呂華, 劉玉民, 湯海波, 王鍵吉
【申請(qǐng)人】河南師范大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年10月28日
【申請(qǐng)日】2015年6月3日