[发明专利]一种高可见光活性的K掺杂BiOCl光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化材料水处理领域，尤其是涉及一种高可见光活性的K掺杂BiOCl催化剂的制备方法。

背景技术

随着环境的逐步恶化，能源的枯竭，水污染问题突显，如何更为高效、绿色地解决水污染问题备受关注。其中基于半导体的光催化技术被认为是解决水污染问题最为有效、最有前途的方法之一。目前，已经采用的污水治理方法，如过滤、吸附和生物技术等，虽然工艺成熟，易于实现，但是没有使污染物得到破坏而实现无害化。光催化技术则是通过吸收太阳光，驱动氧化还原反应，破坏水体中的有害的有机污染物，不会产生二次污染。其中TiO₂基光催化剂以价格低廉、无毒和很高的稳定性得到了广泛的应用，但是TiO₂具有较高的禁带宽度，只能在紫外光区（约占太阳光2-3%）得到激发，限制了其对太阳光的利用率，因此广大科研工作者致力于寻找可见光响应的催化剂。

氯氧化铋（BiOCl）是禁带宽度为3.46eV的半导体。最近研究发现，BiOCl作为Bi基光催化剂，在紫外光激发下，展现出比TiO₂更高的光催化降解能力。但是只能利用太阳光中的紫外光。为了提高的BiOCl的可见光催化性能，科研工作者提出了很多方法，如金属修饰、掺杂、与其它材料复合等。其中，掺杂是一个非常有效的方法，如LiWenTing等人通过水热法，用乙二醇辅助溶解制备了Zn²⁺掺杂BiOCl光催化剂，研究发现掺杂Zn²⁺造成电荷的不平衡，形成空穴陷阱，提高了光致电子空穴分离效率，同时增大了比表面积，提高了可见光催化活性[JournalofAlloysandCompounds,2015,638,148-154]；XieFangxia等人用氧化还原法制备了Sn掺杂BiOCl，Sn掺杂导致BiOCl禁带宽度减小，进而提高了可见光照射下的光催化活性[MaterialsScienceinSemiconductorProcessing,2014,27,380-389]；MilkaNussbaum等人合成了一系列共掺杂BiOCl光催化剂，研究了它们在可见光下降解罗丹明B的催化活性，结果表明，Fe和Nb共掺杂有比较高的吸附能力，同时表现出较好的光催化降解能力[JournalofPhotochemistryandPhotobiologyA:Chemistry,2014,290,11-21]。

虽然以上掺杂获得了可见光响应的BiOCl光催化材料，光催化效率有所提高，但是制备过程繁琐，时间长，其中稀土元素掺杂成本较高，不利于工业化生产和实际应用。

针对这个问题，本发明制备一种高可见光活性的K掺杂BiOCl光催化剂。该催化剂制备方法仅是利用柠檬酸和硝酸盐之间的剧烈的氧化还原反应产生的高温快速生成BiOCl，而且通过K掺杂BiOCl，改变催化剂的形貌和增大催化剂比表面积，可以很大程度的提高其对有机污染物的吸附能力，进而极大地提高光催化活性；另外，该方法还具有成本低、过程简单、易于操作和可连续化生产的特点。

发明内容

本发明制备出了一种响应可见光的K掺杂BiOCl光催化剂，所得光催化剂具有高的可见光光催化活性，在污水处理等领域可广泛应用；该催化剂制备方法具有成本低、过程简单、易于操作、可连续化生产等优点。

一种高可见光活性的K掺杂BiOCl光催化剂的制备方法，其步骤如下：

（1）将适量的硝酸铋溶于去离子水中，搅拌得到澄清溶液；

（2）称量硝酸钾、氯化铵和柠檬酸加入上述溶液中；

（3）将所得溶液加热至250-400℃，不断蒸发掉溶剂，直到没有气体冒出为止，即得到K掺杂BiOCl可见光催化剂。

所述的制备方法，优选的是，步骤（2）硝酸钾物质的量为硝酸铋的物质的量的0.06-0.25倍（优选，硝酸钾物质的量为硝酸铋的物质的量的0.20倍）。

所述的制备方法，优选的是，步骤（2）氯化铵物质的量为硝酸铋和硝酸钾总物质的量的2-4倍（优选，氯化铵物质的量为硝酸铋和硝酸钾总物质的量的3倍）。

所述的制备方法，优选的是，步骤（2）柠檬酸物质的量为硝酸铋和硝酸钾总物质的量的0.5-1.2倍（优选的，柠檬酸物质的量为硝酸铋和硝酸钾总物质的量的0.8倍）。

该制备方法温度低，过程简单，易于操作，可连续化生产；该方法制得光催化剂具有优异的可见光催化性能。