[发明专利]一种复合薄膜光催化剂BiPO4/BiOCl的电化学制备及应用方法

说明书

技术领域

本发明一种复合薄膜光催化剂BiPO₄/BiOCl的电化学制备及应用方法，属于光催化及环境化工水处理技术领域，具体涉及一种以金属铋板为阳极，采用一步电化学方法制备BiPO₄/BiOCl复合薄膜光催化剂的技术方案。

背景技术

在Bi基类光催化剂中，卤氧化铋是由[Bi₂O₂]层和游离的卤素原子组成的具有高度各向异性层状结构的光催化剂，这种结构能够促进光生电子和空穴的分离进而增强光催化活性。但是，BiOX在降解过程中因为光生电子和空穴的再结合会降低其催化活性，所以需要改性BiOX来进一步提高其光催化活性。通过与其它带隙匹配的物质复合，不仅可以形成异质结来阻止光生电子和空穴的结合，而且两种物质的协同作用将大大提高复合物的光催化活性。Zhu等报道了单斜晶状的BiPO₄在紫外光下对有机染料具有比TiO₂更好的降解活性(Catalysis Science& Technology,2011,1:1399-1405),并且BiPO₄在降解有机物时具有很好的矿化能力。所以，通过与BiPO₄复合，BiOX的活性将得到增强。目前关于BiOX与BiPO₄的报道已有很多。如BiOCl/BiPO₄(Applied Surface Science,2015,340:35-42)， BiOBr/BiPO₄(Materials Science in Semiconductor Processing,2015,38:157-164)， BiOI/BiPO₄(Chemical Engineering Journal,2013,228:482-488；Applied Catalysis B:Environmental,2015,163:547-553)。但是，这些合成制备的产物均为粉末，由于分散性差，固液分离困难而限制了其实际应用。因此，选用合适的方法，将这些具有高活性的复合物固定化，在解决光催化剂的实际化应用方面将具有价值。而关于这方面的研究目前并没有报道。

发明内容

本发明一种复合薄膜光催化剂BiPO₄/BiOCl的电化学制备及应用方法的目的在于：针对粉末BiPO₄/BiOCl催化剂不易与反应体系分离的问题，提出一种将 BiPO₄/BiOCl固定化的方法，以铋板、氯化钾、磷酸二氢钾为原料，并以铋板为基体，在室温下通过电化学方法一步制备得到固定化的BiPO₄/BiOCl薄膜，该制备方法简单易行，所用原料常见易得，整个过程操作简单，反应周期短，易于实现大规模工业化生产。并且，制得的BiPO₄/BiOCl复合薄膜在紫外光下对苯酚溶液具有良好的光催化降解能力，并且薄膜可循环使用。

本发明一种复合薄膜光催化剂BiPO₄/BiOCl的电化学制备方法，其特征在于是一种以铋板、氯化钾和磷酸二氢钾为原料，以铋板为基体，将BiPO₄/BiOCl固定化，在室温下通过电化学方法一步制备得到固定化的BiPO₄/BiOCl复合薄膜光催化剂的方法，其具体制备步骤为：

1)将铋板和钛片打磨后用乙醇和蒸馏水清洗，干燥后分别用作阳极和阴极材料；将氯化钾和磷酸二氢钾溶于100～200mL蒸馏水中，得到反应所需的电解质溶液；

2)以铋板为阳极，钛片为阴极，将其置于步骤1)所配制的电解质溶液中；在2～10V电压和磁力搅拌下反应2～7h,两电极之间的距离为5～10cm；

3)反应完成后，在铋板表面形成了BiPO₄/BiOCl薄膜，分别用水和无水乙醇洗涤三次，然后在40～50℃温度下烘干，制得具有BiPO₄棒状结构和BiOCl片状结构相接的双层结构的固定化的具有光催化活性的BiPO₄/BiOCl复合薄膜，该 BiPO₄/BiOCl复合薄膜在紫外光下对苯酚溶液具有良好的光催化降解能力，并且可循环使用。