[发明专利]一种新型硒酸铋光催化剂及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于材料制备及环境污染治理技术领域，具体涉及一种新型硒酸铋光催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，随着染料合成、印染工业等的不断发展和各种染料的大量使用，通过各种途径进入环境的染料数量和种类不断增加，染料造成的环境污染日趋严重。染料废水具有难降解物质多、有机物成分复杂、浓度高、毒性大等特点，而目前治理这种废水的传统方法主要有物理处理、生物处理以及一些常规的化学处理。这些传统的处理手段并不能彻底消除污染物，因此发展一种绿色、无污染的处理手段势在必行。

半导体光催化技术因其反应条件温和、无二次污染以及可利用太阳光等优点被认为是一种理想的能够解决能源危机和环境问题的技术之一。光催化技术是一种高级氧化技术，其原理是光催化剂如二氧化钛（TiO₂）在紫外光的作用下，产生空穴和电子，并进一步通过化学作用产生具有高活性的各种自由基等一些高活性基团，参与氧化还原反应降解污染物。这种技术对有机物具有很强的矿化能力，从而使有毒的有机物完全矿化成无机物或转化为无污染的产物。然而，传统的TiO₂等光催化剂存在光响应范围窄、太阳能利用率低等问题，严重制约了光催化技术的发展。解决这些问题的关键仍然集中在光催化剂的开发上。近年来，国内外学者在开发和研究新型光催化剂方面做了大量的探索工作，如开发了一系列新型的无机光催化剂及有机光催化剂。因此，开发和研究光催化性能好的新型光催化剂仍然是目前乃至今后相当一段时期内光催化领域中的研究热点。

在已发展的新型光催化剂中，硅酸铋因其独特的半导体能带结构和较高的稳定性等特点，得到学者们广泛地关注。然而，目前硅酸铋主要是通过溶剂热法合成，制备过程较难控制。根据文献报道，硒酸铋是具有与硅酸铋类似的结构，该物质具有较高的化学稳定性和热稳定性。同时，对该材料的光吸收性能测试，显示其具有光响应及合适的禁带宽度，这些性质预示着硒酸铋是一类潜在的具有开发前景的新型光催化剂。然而在以往硒酸铋的合成中一般采用高温固相法，即以SeO₂和Bi₂O₃为前驱体封装于高真空（约0.1Pa）的安瓿瓶中，再高于700-900^oC条件下煅烧（St.Yordanov,etal.,J.Therm.Anal.Calorim.,2001,65,971–974；O.A.Dityatyev,etal.,SolidStateSci.,2004,6,915-922）。然而该方法得到的产物中一般都伴有未反应的SeO₂和Bi₂O₃，以及杂质产物Bi₂Se₃O₉和Bi₂Se₄O₁₁，从而使反应得到的样品纯度不高；另一方面，其操作方法复杂，需要高真空密封的安瓿瓶作为反应器，而且该反应器的可循环使用性较差，因此将造成实际生产中生产成本的上升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型硒酸铋光催化剂及其制备方法与应用，为解决当今能源和环境问题提供了一种新材料。该硒酸铋光催化剂的制备条件温和，生产成本低，产率较高，所制得的材料稳定性良好，具有较大的应用潜力。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种新型硒酸铋光催化剂，其化学式为Bi₂SeO₅。

所述新型硒酸铋光催化剂是以氯化铋、硒粉为起始物，聚乙烯吡咯烷酮为络合剂，柠檬酸为络合剂和还原剂，通过水热合成法得到Bi₂Se₃前驱体，再采用热氧化法制得具有光催化活性的Bi₂SeO₅纳米颗粒；其具体包括以下步骤：

1）将2mmol氯化铋、3mmol硒粉、0.05-1.0g聚乙烯吡咯烷酮和0-1.0g柠檬酸溶解于30-70mL去离子水中，在快速搅拌下加入浓度为0.2mol/L的NaOH溶液，调节pH值为8-10，继续搅拌30min后，于210℃下水热反应24h，然后冷却至室温，离心分离，沉淀物分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤，80℃真空干燥得到Bi₂Se₃前驱体；