[发明专利]一种铋系改性光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及光催化材料技术领域，尤其是可见光响应光催化材料技术领域，具体涉及一种铋系改性光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，我国水污染加剧，重金属污染事件呈高发态势，“砷毒”、“血铅”、“镉米”等事件频发，对其进行有效的防治已经迫在眉睫。当前广为实施的还原沉淀法、化学絮凝法、离子交换法、膜过滤法等物理化学方法，存在残留高、费用高、二次污染、共存有机物去除率低等缺陷。

例如对于含铬废水的处理，公开号为CN 102399037A的中国发明专利申请文献公开了一种含铬废水的处理方法，包含以下步骤：(1)在调节池中处理：将含铬废水输送到调节池中滤除悬浮物后，进行水质及水量均衡；(2)在处理池中处理：将调节池的含铬废水输出到处理池中，加入硫酸调整pH值在2.5-3.2之间，然后加入硫酸亚铁并进行搅拌10-20分钟；(3)中和处理：各处理池中加入碱性物质进行中和，搅拌并调整pH值在7-8之间；(4)在沉淀池中处理：将处理池的废水输出到沉淀池中，上层清水溢流到清水池，沉渣则输送到污泥浓缩池。

利用光催化剂进行光催化反应，条件温和、无二次污染。例如，公开号为CN 101264953A的中国发明专利申请文献公开了一种含铬废水的光化学还原方法。在可见光的照射下，激发具有可见光响应的氮氟共掺的二氧化钛可见光光催化剂产生电荷分离，利用导带电子把水体中高毒性的六价铬还原为毒性低、溶解度小的三价铬，无需外加任何还原剂和牺牲剂，达到净化含铬污水的目的。

以铋系为代表的光催化剂，在紫外光照射下会产生光生电子-空穴对，在降解和矿化有机污染物的同时，通过还原反应去除/回收环境中的重金属离子。但由于禁带宽度宽，主要利用占太阳光总能量较少的紫外光区。其中，氧化铋带隙能为2.8eV，吸收波长较长，对可见光有一定的利用率；卤氧化铋，带隙能为1.7～3.2eV，有一定的导电性能及光学性能。但，二者应用于含铬废水处理，效果不甚理想。近年来，银基催化剂引起研究者广泛关注，对可见光有较好的吸收，但含Ag量较高，催化剂成本昂贵。

因此，在铋系光催化剂基础上，通过一系列改性，制备高可见光响应催化剂，并且能较好的应用于含铬废水的处理，有很高的研究价值。

发明内容

本发明提供了一种铋系改性光催化剂及其制备方法和应用，光催化剂的制备方法简单，光生电子和空穴分离效果好，光电流高，对于含铬废水的处理，效果相对于改性前有很大提升，无二次污染。

一种铋系改性光催化剂，具有以式(Ⅰ)表示的原子比组成：

AgI-RGO/α-Bi₂O₃-BiOI(Ⅰ)

式(Ⅰ)中RGO为氧化还原石墨烯。

本发明还提供一种铋系改性光催化剂的制备方法，如式(Ⅰ)所示的铋系改性光催化剂优选采用该方法制备，包括如下步骤：

(1)将α-Bi₂O₃溶于水中，超声分散，形成悬浮液，加入KI固体进行反应，磁力搅拌，得反应液；

(2)向步骤(1)所得反应液中加入硝酸银固体，磁力搅拌进行反应；反应结束后加入氧化石墨烯，依次进行超声分散和搅拌；

(3)向步骤(2)中搅拌后所得溶液中加入N₂H₄·H₂O，水浴反应得悬浊液，所得悬浊液经水洗、离心，取沉淀，沉淀烘干后研磨得铋系改性光催化剂AgI-RGO/α-Bi₂O₃-BiOI。

光催化剂在可见光照射下，产生光生电子和空穴，电子用于将Cr(VI)还原至Cr(III)，空穴氧化水，水充当牺牲剂作用。Cr(VI)被还原成Cr(III)，毒性降低，形成的Cr(III)可以很容易通过沉淀去除，从而达到处理含铬废水的目的。