/BiOI異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光催化領(lǐng)域，具體涉及一種Bi2W06/Bi0I異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)今世界普遍關(guān)注的問(wèn)題。然而，能源短缺、環(huán)境污染等問(wèn)題日益嚴(yán)重。各種有害污染物在水體、土壤和空氣等環(huán)境中不斷積蓄、迀移和轉(zhuǎn)化，嚴(yán)重破壞了生態(tài)平衡，也危害著人類(lèi)的生命與健康。另外，經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要消耗大量的能源，正在引發(fā)新的能源危機(jī)，而大量的開(kāi)采和使用傳統(tǒng)礦產(chǎn)能源本身就會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。
[0003]半導(dǎo)體光催化技術(shù)在解決能源和環(huán)境方面具有巨大的潛力。自從1972年Fujishima和Honda報(bào)道了利用η型半導(dǎo)體T12在紫外光照射下分解水制備氫氣和氧氣以來(lái)，半導(dǎo)體光催化技術(shù)受到了越來(lái)越多的關(guān)注[1]。近年來(lái)，光催化技術(shù)在環(huán)境污染治理的諸多領(lǐng)域均有著巨大的應(yīng)用價(jià)值。目前在室內(nèi)空氣凈化、公共場(chǎng)所的保潔除菌和污水處理等領(lǐng)域的應(yīng)用得到廣泛認(rèn)可和關(guān)注。目前，T12因其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無(wú)毒、低成本等優(yōu)點(diǎn)成為使用最廣泛的光催化材料，但是由于T12還存在著如光生電子空穴復(fù)合率高、對(duì)可見(jiàn)光的利用率低以及回收困難等缺陷，使其應(yīng)用范圍受到了極大制約[2]。因此，為了實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的有效利用，開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)具有可見(jiàn)光響應(yīng)、綠色環(huán)保的新型光催化材料具有重要的實(shí)際意義。
[0004]鉍系材料因其在可見(jiàn)光(λ >420nm)區(qū)具有良好的光催化性能和形貌多樣性而被廣泛關(guān)注和深入研究，而且鉍和其他金屬形成的復(fù)合材料也具有良好的可見(jiàn)光催化性能[3 6]。如鹵氧化鉍(B1X(X = Cl，Br，I))，具有四方晶形結(jié)構(gòu)，是由[Bi2O2]片層與兩層鹵素元素交替排列形成的片層狀結(jié)構(gòu)，其中B1I因?yàn)榫哂凶钚〉慕麕挾?1.77?1.92eV)并且在可見(jiàn)光區(qū)有很好的吸收而受到了廣泛關(guān)注[3]。此外，13;[2￥06是一種最簡(jiǎn)單的Aurivillius型氧化物，是一種η型直接半導(dǎo)體材料，具有較窄的禁帶寬度(約2.7eV)，在可見(jiàn)光照下具有較高的催化活性，在環(huán)境凈化和新能源開(kāi)發(fā)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，成為目前廣泛研究的光催化劑之一 M。但是由于單體光催化劑中光電子-空穴分離較慢，光生載流子易復(fù)合，導(dǎo)致半導(dǎo)體材料的光催化性能受限，而通過(guò)半導(dǎo)體復(fù)合構(gòu)建復(fù)合材料可以加速電子-空穴分離，提高材料的光催化性能&6]。因此，急需在光催化領(lǐng)域開(kāi)發(fā)新型復(fù)合催化劑。
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種Bi2W06/Bi0I異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑及其制備方法和應(yīng)用。
[0012]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)施:
[0013]一種Bi2W06/Bi0I異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑，由Bi2TO6和B1I組成，其中，B1I與Bi2TO6的摩爾比為98:1?1:49.5。
[0014]所述B1I與Bi2WO6的摩爾比為48:1?1:24.5。
[0015]—種Bi2W06/Bi0I異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑的制備方法:
[0016](I)B1I的制備:將Bi (NO3)3.5H20分散于無(wú)水乙醇中，得到分散液A ;同時(shí)將KI和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)依次加入到超純水中，磁力攪拌至完全溶解，得到溶解液B;然后在磁力攪拌下將上述溶解液B逐滴加入到上述分散液A中，得懸浮液，并調(diào)節(jié)懸浮液pH至5?9，繼續(xù)磁力攪拌30?90min ;之后將懸浮液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)爸中，放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中120?200°C熱處理12?36h ;而后將反應(yīng)釜冷卻至室溫，經(jīng)抽濾、洗滌和40?80°C干燥2?1h后可得到具有三維分層花狀結(jié)構(gòu)的B1I ;其中，Bi (NO3)3.5H20和KI的物質(zhì)的量之比為1:1 ;
[0017](2)Bi2W06/Bi0I異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑的制備:將步驟(I)中得到的B1I分散于超純水中，得分散液；同時(shí)將Na2WO4.2H20加入到超純水中，磁力攪拌至完全溶解，得溶解液；然后向上述B1I分散液中逐滴加入上述Na2WO4S解液，繼續(xù)磁力攪拌30?90min，得混合液；之后將混合液轉(zhuǎn)移至配有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中120?200°C熱處理12?36h ;反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)釜冷卻至室溫，經(jīng)過(guò)抽濾、洗滌和40?80°C干燥2?1h后可得到Bi2W06/Bi0I異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑；其中，Na2W(^^ B1I的物質(zhì)的量之比為0.02?0.49:1。
[0018]所述步驟⑴和步驟⑵中分散采用超聲分散10?60min。
[0019]所述步驟(I)中PVP加入量與B1I的物質(zhì)的量的關(guān)系為0.1?L Og PVP/ImmoIB110
[0020]所述步驟⑴中調(diào)節(jié)懸浮液pH值采用濃度為0.1?5.0moI/L的NH3.Η20或NaOH。
[0021]—種Bi2W06/Bi0I異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑的應(yīng)用，所述Bi2W06/Bi0I異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑作為水體中殺菌劑的應(yīng)用。
[0022]—種Bi2W06/Bi0I異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑的應(yīng)用，所述Bi2W06/Bi0I異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑在降解染料中的應(yīng)用。
[0023]—種Bi2W06/Bi0I異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑的應(yīng)用，所述Bi2W06/Bi0I異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑在水體凈化中的應(yīng)用。
[0024]Bi2W06/Bi0I異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑應(yīng)用于水體中，對(duì)有害微生物銅綠假單胞桿菌(P.aeruginosa)和染料污染物亞甲基藍(lán)(MB)的可見(jiàn)光催化殺滅和降解，采用500W氙燈作為光源，其波長(zhǎng)范圍為420?760nm ;所述微生物濃度為106cfu/mL ;所述亞甲基藍(lán)濃度為20mg/L ;所述Bi2W06/Bi0I異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑的用量為1.0mg/mL。
[0025]其光催化活性具體測(cè)試方法為:采用500W氙燈作為光源，輔以濾光片；將微生物和亞甲基藍(lán)溶液加入到反應(yīng)器中，然后加入Bi2W06/Bi0I異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑，暗態(tài)吸附達(dá)到平衡后開(kāi)始光照，光照過(guò)程中間隔一定時(shí)間取樣，通過(guò)平板計(jì)數(shù)法和紫外可見(jiàn)分光光度法測(cè)定存活細(xì)菌濃度和殘余亞甲基藍(lán)濃度，計(jì)算殺滅率和降解率。所述的光源為氙燈，其波長(zhǎng)范圍為420?760nm ;所述微生物濃度為106cfu/mL ;所述亞甲基藍(lán)濃度為20mg/L ;所述Bi2W06/Bi0I異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑的用量為1.0mg/mL。
[0026]本發(fā)明的有益效果在于:
[0027]本發(fā)明通過(guò)將Bi2WOfr^ B1I復(fù)合，構(gòu)建具有異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，加速光生載流子在復(fù)合材料表面的分離，進(jìn)而提高光催化性能，對(duì)Bi2WOjP B1I兩種材料在光催化領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用具有重大意義；具體:
[0028](I)本發(fā)明采用簡(jiǎn)單的水熱合成-離子交換法制備Bi2W06/Bi0I異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑，制備方法工藝簡(jiǎn)單、易于控制、成本低廉；
[0029](2)本發(fā)明制備的Bi2W06/Bi0I異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑，具有良好的可見(jiàn)光吸收性會(huì)K ;
[0030](3)本發(fā)明制備的Bi2W06/Bi0I異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑可見(jiàn)光催化活性相比Bi2WO6和B1I均顯著提高，在500W氙燈照射下，1.0mg/mL Bi2W06/Bi0I異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑對(duì)濃度為10