[发明专利]一种负载型天然沸石/Bi2O2CO3-BiPO4复合光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机环保光催化材料技术领域，具体涉及一种负载型天然沸石/Bi₂O₂CO₃-BiPO₄复合光催化剂及其制备方法。

背景技术

环境污染和能源短缺是目前人类所面临的两大难题，为解决这两大难题，光催化技术应运而生。光催化技术的特点在于能利用太阳光直接分解水体和空气中的有机污染物，使其矿化为无毒无害的小分子化合物如CO₂和H₂O，降解过程无二次污染，是一种具有广阔应用前景的绿色环境治理技术。然而，光催化过程中电子与空穴的复合率较高，光量子效率低，致使光催化剂活性下降，严重制约了光催化技术在能源及环境方面的实际应用。因此，开发高效的光催化剂对于环境污染和能源短缺这两个世纪难题的解决有着重要的意义。

在众多的光催化材料中，铋系光催化剂以其独特的电子结构、优良的可见光吸收能力和较高的有机物降解能力引起了研究者的极大兴趣。Bi₂O₂CO₃是一种新型的光催化材料，其禁带宽度为3.4eV，当受到能量不低于其带隙的光照射时，会产生导带电子和价带空穴，具有较强的还原性和氧化性，能直接将有机污染物降解成无毒无害的水和二氧化碳。但Bi₂O₂CO₃光激发产生电子与空穴的复合率较高、光量子效率低，不能满足工业应用的需要。对Bi₂O₂CO₃进行改性并将其固定在适当的载体上，是提高其光催化活性和重复使用性能的有效方法，并且已成为当前的重要研究方向之一。半导体复合等是改善Bi₂O₂CO₃光催化性能的有效手段，根据不同半导体导带和价带能级的差异，使光生载流子得到有效的分离，降低载流子的复合几率，提高量子效成为提高光催化材料性能的有效的方法。BiPO₄是铋系氧化物中另外一种重要的光催化材料，禁带宽度为3.85eV，其独特的晶体结构和电子结构使其具有较宽的吸收带隙和较高的光催化活性。研究表明，Bi₂O₂CO₃光催化剂的导带电势E_CB=0.16eV，价带电势E_VB=3.56eV，而BiPO₄光催化剂的导带电势E_CB=0.43eV，价带电势E_VB=4.28eV。在Bi₂O₂CO₃-BiPO₄复合半导体中，Bi₂O₂CO₃的导带电势更负，光生电子容易从能级低的Bi₂O₂CO₃导带迁移到能级高的BiPO₄导带上；同时，BiPO₄的价带电势更正，光生空穴容易从能级高的BiPO₄价带迁移到能级低的Bi₂O₂CO₃价带上，从而提高光生电荷的分离效率，进而提高其光催化活性。

但是Bi₂O₂CO₃-BiPO₄复合光催化剂在实际使用过程中由于其粒径较小，容易团聚致其光催化活性降低。所以，在实际应用过程中如废水处理时，必须将Bi₂O₂CO₃-BiPO₄复合光催剂负载于一定的载体上才能使用。天然沸石属于架状铝硅酸盐矿物，具有孔结构特点及优良的离子交换和吸附性，比表面积等特点，成为光催化剂牢固负载和均匀分散的理想载体。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种光催化活性高且易分离回收的负载型天然沸石/Bi₂O₂CO₃-BiPO₄复合光催化剂。