[发明专利]一种太阳能光催化剂的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于化学化工及环保工程技术领域，具体涉及一种太阳能光催化剂的制备方法及应用。

背景技术

半导体光催化技术可在室温下直接利用太阳光将有机污染物氧化降解。因此，通过光催化方法，充分利用太阳光来降解有机污染物，是解决目前环境污染问题的一条有效途径。光催化剂的合理设计是决定光催化性能的核心因素，一般需要考虑以下几个方面的问题：(1)光吸收区间。紫外光只占太阳光总能量的4％左右，而可见光则占太阳光总能量的46％左右。因此，利用太阳能的关键在于利用太阳光中的可见光。(2)氧化或还原能力。光催化剂强的氧化或还原能力是其高活性的前提。然而，能吸收可见光的光催化剂都具有较窄的带隙，这意味着其氧化还原能力较弱，这一般导致其光催化活性低。因此，制备具有合适能带结构的光催化剂，使其具有宽的可见光响应范围的同时，还具有强的氧化或还原能力，从而表现出高的可见光催化活性，是一项很具挑战而又很有意义的研究主题。

2010年文献首次报道，Ag₃PO₄半导体作为一种新型的具有高量子效率的可见光催化剂，其降解有机污染物的活性远高于BiVO₄、AgBr、AgI和N掺杂TiO₂等常见的可见光催化剂(见文献Nature Materials，2010，9，559–564)。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种新型的太阳能光催化剂的制备方法。该太阳能光催化剂分子式为HgI₂，为红色粉末状，其制备方法包括如下顺序的步骤：

(1)分别称取Hg(NO₃)₂、KI置于不同烧杯中，用去离子水溶解配置成浓度为0.1～0.4mol/L的Hg(NO₃)₂溶液和浓度为0.025～0.1mol/L的KI溶液后，并分别装入两个分液漏斗中；用浓氨水配置成浓度为0.05～0.2mol/L的氨水；

(2)在室温磁力搅拌的条件下，将步骤(1)所准备的Hg(NO₃)₂溶液和KI溶液采用并流沉淀法反应；其滴速为2～3d/s，滴定过程中同时用步骤(1)所准备的氨水控制混合物的pH为4～7，滴定完毕后在室温避光条件下继续磁力搅拌2h；

(3)将步骤(2)制得的红色沉淀物洗涤数次，然后于60℃温度下烘干，得到红色粉末状产物，即HgI₂太阳能光催化剂。

上述步骤(2)中，混合物反应过程中控制硝酸汞溶液、碘化钾溶液、氨水的物质的量浓度比为4:1:2。

本发明的目的之二在于提供上述方法制备的太阳能光催化剂的应用，该太阳能光催化剂适用于在可见光下降解有机污染物。

本发明通过一种简便的方法，制备一种新型的太阳能光催化剂HgI₂。通过实验，表征HgI₂的吸收带边在600nm左右，因此对可见光的利用效率很高。并且，在罗丹明B的降解中，本发明太阳能光催化剂的活性比Ag₃PO₄还高。因此，本发明的HgI₂是一种新型、高效的太阳能光催化剂。文献、专利调研结果表明，本发明是HgI₂太阳能光催化剂的首例报道，该催化剂在有机污染物治理领域有潜在的应用前景。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明采用KI制备HgI₂，采用氨水控制反应体系酸碱性，确保了HgI₂高的可见光催化特性。

(2)本发明将HgI₂材料应用于光催化领域，在可见光下HgI₂具有优良的罗丹明B光催化活性，其活性在同等条件下高于Ag₃PO₄和P25(TiO₂)。

(3)本发明制备方法极其简单，条件温和易控(常温常压下，<35℃的室温)，有利于大规模推广应用。

附图说明

图1是本发明方法制备的HgI₂太阳能光催化剂的X射线衍射(XRD)图。

图2是本发明方法制备的HgI₂太阳能光催化剂的紫外可见光漫反射光谱(UV-Vis DRS)图。