[发明专利]可见光响应的凹凸棒土-BiOX-TiO2复合光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于以凹凸棒土为载体，通过原位沉积工艺在其表面负载具有可见光响应活性的BiOX(X=Cl、Br、I)-TiO₂复合氧化物，以制备凹凸棒土-BiOX-TiO₂复合光催化剂，具体涉及凹凸棒土-BiOX-TiO₂复合光催化剂的制备方法。

背景技术

光催化氧化技术是深度处理废水中有机物污染最有效、环保的技术之一。虽然光催化氧化技术具有广谱的降解能力（对有机污染物降解率高达到90-99.9%），而且副产物少、无二次污染、能耗低、易操作，越来越受到人们的关注。但经过近四十年的研究，光催化技术并没有在实际运用中发挥重要作用，主要问题在于光催化剂的量子效率低、吸附性能差、吸光波长范围窄（只能利用紫外光）、运行成本高，以及难以分离回收、再利用，一直是该技术发展的瓶颈。如何解决这些问题，构建新型结构和多元功能化复合的光催化剂是根本，这是目前光催化剂研究的焦点。

TiO₂是目前光催化材料的研究热点之一，但是纳米TiO₂本身禁带宽度较大（3.2eV），只对波长λ≤387.5nm的紫外光响应，而且量子效率低，光生电子和空穴容易复合。对于TiO₂的改性设计，研究人员围绕减少光生载流子的复合几率为中心，从微纳结构调控、复合结构设计和光催化材料负载三个方面入手，计合成出多种包含多元体系、多重结构的光催化剂，其中尤以半导体金属氧化物复合改性居多。

作为一类新型半导体光催化剂，铋系光催化剂除了常见的氧化物、与其他金属形成的复合氧化物外，还可以与其他非金属形成复合氧化物，比如与卤素形成的卤氧化铋BiOX(X= Cl、Br、I)。BiOX是一种新型的半导体材料，具有独特的电子结构、良好的光学性质和催化性能，可以很好地响应可见光，因而具有很高的催化活性，且随着卤素原子序数的增加光催化活性逐渐增强。

此外，凹凸棒黏土（简称凹土）是一种以凹凸棒石为主要成分的天然非金属粘土矿物，具有比表面积大、化学稳定性好、吸附能力强等特征，是一种值得重视的吸附剂和催化剂载体材料。已有许多以凹土为载体的复合材料的报道，如陈天虎等合成的凹凸棒石-磁性颗粒（Fe₃O₄）纳米复合材料、凹土-TiO₂复合材料以及凹土-TiO₂-磁性颗粒纳米复合材料，申请人也公布了一种原位溶胶-凝胶工艺合成凹土-TiO₂-SnO₂复合光催化剂的方法，均显示出较好磁学性能和光催化性能。为了以更简便的方法获得性能更佳的催化材料，科研人员对凹土表面的材料进行了多种创新性设计。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种可见光响应的凹凸棒土-BiOX-TiO₂复合光催化剂的制备方法，以超细化的凹凸棒土为基体，通过原位沉积法合成BiOX-TiO₂复合氧化物包覆凹凸棒土的光催化剂，为具有可见光响应的简单、稳定、高效的新型ATT-BiOX-TiO₂光催化剂。 

本发明的技术解决方案是：该可见光响应的ATT-BiOX-TiO₂复合光催化剂的制备方法步骤如下：

a）ATT悬浮液的制备：将凹凸棒土分散在40~50倍量的去离子水中，搅拌，用倾泄法除去沉降在底部的泥沙，超声分散，再次除去泥沙，制成凹土悬浮液；

b）ATT-BiOX半成品制备：将Bi(NO₃)₃·5H₂O的酸溶液慢慢滴加到凹土悬浮液中，并不停搅拌，然后再慢慢滴加卤素无机盐水溶液，加完后再搅拌30min，用浓氨水调节pH值=6-7，搅拌4-8 h，静置陈化一夜，抽滤，60℃-100℃干燥，研磨后放入马弗炉中100~350℃焙烧2-6h以除去有机物和结晶水，得ATT-BiOX半成品；

c）ATT-BiOX-TiO₂复合光催化剂制备：向步骤b）的ATT-BiOX半成品中加入一定量的钛酸正丁酯，并不停搅拌，使其均匀；然后慢慢滴加100mL去离子水，搅拌4-8h，静置陈化一夜，抽滤，并用去离子水洗涤，60℃-100℃干燥，研磨后放入马弗炉中150~350℃焙烧4-8h，得ATT- BiOX-TiO₂复合光催化剂。