一種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，具體涉及一種光催化劑及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]光催化技術(shù)是一種利用光能進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化的技術(shù)，自1972年日本科學(xué)家Fujishima和Honda首次報(bào)道T12在紫外光照下可以光解水產(chǎn)生氫氣和氧氣以后，半導(dǎo)體光催化技術(shù)受到了越來(lái)越多的關(guān)注[1]。對(duì)于半導(dǎo)體材料來(lái)說(shuō)，它們可以在光照條件下產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，一部分電子和空穴在體相內(nèi)或表面相遇而復(fù)合，另一部分電子迀移到半導(dǎo)體表面具有很強(qiáng)的還原能力，可以與吸附的氧結(jié)合，生成具有強(qiáng)氧化性的自由基;而迀移到半導(dǎo)體表面的空穴有很強(qiáng)的氧化能力，可以將吸附在半導(dǎo)體表面的0H—和H2O氧化，產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的自由基，比如.0H、.Η02、Η202和.02—等[2]，可以直接與反應(yīng)物發(fā)生作用并將其氧化分解，而且不產(chǎn)生二次污染。近年來(lái)，光催化技術(shù)的應(yīng)用研究發(fā)展十分迅速，因其具有高效、無(wú)選擇性、穩(wěn)定性高、綠色無(wú)毒、無(wú)二次污染、能耗低、操作簡(jiǎn)便和低成本等突出優(yōu)點(diǎn)，而且可以充分利用清潔無(wú)污染的太陽(yáng)能，在污水處理、廢氣處理、空氣凈化、殺菌消毒、催化制氫、還原CO2等方面已經(jīng)有廣泛應(yīng)用，并且效果良好。
[0003]近年來(lái)，人們對(duì)開(kāi)發(fā)新型的可見(jiàn)光催化劑做了大量研究，其中包含了 d0和dlO電子構(gòu)型的In3+、Ce3+、Bi3+、Ag+等。作為新型可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑，B1X(X = Cl，Br，I)鉍系化合物是一類(lèi)重要的半導(dǎo)體，由于[Bi2O2]2+與鹵素層之間存在較強(qiáng)的內(nèi)建電場(chǎng)，有助于電子-空穴對(duì)的有效分離，顯現(xiàn)出較高的催化活性。
[0004]自2006年，211&1^等[3]用水熱方法制備了B1Cl粉首次開(kāi)發(fā)出了鹵氧化物在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用后，B1I因其較窄的禁帶寬度(約1.9eV)能被可見(jiàn)光激發(fā)并在可見(jiàn)光下具有較高的催化活性從而作為一種新型可見(jiàn)光催化材料引起了越來(lái)越多的關(guān)注[4]。在采用不同方法條件下各種不同形貌的B1I相繼合成出來(lái)，比如常用的水熱法、溶劑熱法、微波水熱法、聲化學(xué)法。但這些方法中大多采用高溫高壓的條件，并且實(shí)驗(yàn)步驟也相對(duì)復(fù)雜[5—6]。所以能在常溫常壓下合成B1I納米材料是工業(yè)運(yùn)用中不可避免的問(wèn)題。比如曹等報(bào)道了一種能在常溫下合成具有納米化結(jié)構(gòu)的B1I材料[7]，但是在制備過(guò)程中需要加較大量的表面活性劑來(lái)控制B1I的形貌。
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]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，提供一種光催化劑及其制備方法和應(yīng)用。
[0013]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:
[0014]一種光催化劑，光催化劑為花球狀結(jié)構(gòu)、球形直徑為0.5?Ιμπι的B1I。
[0015]一種光催化劑的制備方法，將Bi(NO3)3.5Η20分散于過(guò)量的乙二醇中，然后逐滴加入KI溶液，調(diào)節(jié)混合液pH值至5?9，混勻后，抽濾、洗滌和干燥即得到具有花球狀結(jié)構(gòu)的B1I;;其中，KI與Bi(NO3)3.5H20的物質(zhì)的量之比為1:1?2。
[0016]所述分散采用超聲分散10?60min，然后進(jìn)行磁力攪拌10?60min。
[0017]所述采用濃度為0.1?5mol/L的NH3.H2O或NaOH調(diào)節(jié)混合液pH值。
[0018]所述調(diào)節(jié)pH值之后繼續(xù)攪拌10?36h。
[0019]所述洗滌后在常壓條件下干燥，溫度為50?100°C，干燥時(shí)間為3?24h。
[0020]一種光催化劑的應(yīng)用，所述光催化劑在降解染料中的應(yīng)用。
[0021]一種光催化劑的應(yīng)用，所述光催化劑在水體凈化中的應(yīng)用。
[0022]具有花球狀結(jié)構(gòu)的B1I光催化劑用于對(duì)水體中有害微生物銅綠假單胞桿菌(P.aeruginosa)和染料污染物羅丹明的可見(jiàn)光催化殺滅和降解，采用氙燈作為光源，其波長(zhǎng)范圍為420?760nm;所述微生物濃度為16?108cfu/mL，所述羅丹明B的濃度為O?50mg/L，所述B1I光催化劑的用量為0.05?1.5mg/mL。
[0023]具有花球狀結(jié)構(gòu)的B1I光催化劑用于對(duì)水體中有害微生物銅綠假單胞桿菌(P.aeruginosa)的殺滅和對(duì)染料污染物羅丹明B的吸附及可見(jiàn)光催化降解，其吸附及其光催化活性測(cè)試方法為:以氙燈作為光源，輔以濾光片;將微生物和染料污染物溶液加入到反應(yīng)器中，然后加入B1I單體光催化劑，(I)其殺菌性能測(cè)試采用在暗態(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)法來(lái)計(jì)算器殺菌率；(2)其對(duì)染料污染物的吸附及光降解協(xié)同實(shí)驗(yàn)測(cè)試則采用分別在黑暗和光照條件下時(shí)隔一定時(shí)間取樣，用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定殘余羅丹明B的濃度，計(jì)算吸附和光降解率。
[0024]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16?18Cfu/mL，所述羅丹明B的濃度為O?50mg/L;所述B1I光催化劑的用量為0.05?1.5mg/mL。
[0025]本發(fā)明的有益效果在于:
[0026]本發(fā)明在常溫不添加表面活性劑的情況下，采用原位沉淀的方法制備具有花球狀的B1I單體材料。與其他方法制備的B1I納米材料相比具有操作簡(jiǎn)單，成本低廉。同時(shí)這種特定結(jié)構(gòu)的B1I在具有高效的光催化的同時(shí)還表現(xiàn)出良好的吸附性能，其特有的吸附及光催化協(xié)同效應(yīng)在光催化領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用具有重大意義;具體:
[0027](I)本發(fā)明采用的制備方法工藝簡(jiǎn)單，易于控制、成本低廉。
[0028](2)制備的花球狀結(jié)構(gòu)的B1I單體材料對(duì)堿性染料具有很好的吸附性能，在10?60min內(nèi)可達(dá)到對(duì)染料污染物的飽和吸附，對(duì)羅丹明B的飽和吸附量為1?100mg/g。
[0029](3)制備的花球狀結(jié)構(gòu)的B1I單體材料具有較大的比表面積和良好的可見(jiàn)光吸收性能。
[0030](4)制備的花球狀結(jié)構(gòu)的B1I單體材料的吸附及可見(jiàn)光催化協(xié)同效應(yīng)很顯著，在氙燈照射下，適量的B1I光催劑對(duì)濃度為16?108cfu/mL的微生物90?150min內(nèi)殺滅率可達(dá)99%以上，對(duì)濃度為O?50mg/L的羅丹明B，60?180min內(nèi)實(shí)現(xiàn)完全吸附降解。
[0031](5)制備的花球狀B1I單體材料表現(xiàn)出高效的吸附和光降解協(xié)同效應(yīng)提高了可見(jiàn)光催化活性，在水體凈化和海洋防污等領(lǐng)域具有很好的實(shí)用價(jià)值和潛在的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0032]圖1為本發(fā)明所制備樣品的X-射線(xiàn)衍射(XRD)圖譜(其中橫坐標(biāo)為2Θ(角度)，單位為度;