[发明专利]一种磁性纳米洋葱碳负载Bi2

说明书

本发明公开了一种磁性纳米洋葱碳负载Bi₂WO₆的光催化剂及其制备方法和应用。本发明以磁性纳米洋葱碳（MCNOs）为载体，采用水热方法，制备出磁性Bi₂WO₆/MCNOs复合光催化剂。本发明的原料价廉易得、制备工艺简单；制备的复合光催化剂担载均一、活性组分不易脱落、稳定性高、不会对环境造成二次污染；且所得复合光催化剂在可见光条件下对目标污染物能高效吸附、矿化；纳米洋葱碳在极大程度上抑制了Bi₂WO₆光催化剂光生电子~空穴的复合，从而提高了催化剂的光催化活性，有效解决了光催化技术在实际应用中量子产率低的困难；该催化剂的分离回收更加便捷、高效，有望解决光催化粉末在悬浮体系中难以回收的问题。

技术领域

本发明涉及一种磁性纳米洋葱碳负载Bi₂WO₆的光催化剂及其制备方法和应用，属于光催化剂及其制备技术领域。

背景技术

近年来，由于环境问题日益严重，能源日益紧缺，开发清洁能源对环境污染进行治理迫在眉睫，光催化技术因其在解决能源短缺和环境污染问题方面的潜在应用而受到国内外广泛关注。传统的光催化材料一般采用较大带隙的金属氧化物或硫化物，在实际应用中有以下不足之处：（1）光响应范围窄；作为传统半导体光催化剂的TiO₂的禁带宽度为3.2eV，只能在紫外光区（只占太阳光能力的4%）有光催化活性；（2）量子产率低；由于材料本身的限制，光生电子~空穴数量较少或者易于复合；（3）催化剂分离回收性能差；传统光催化颗粒在液相中难以回收，使其应用受到极大限制。因此，如何研制高活性、宽谱响应且易于固液分离的光催化材料，是推进光催化技术在污染控制领域中广泛应用的前提和关键。

钨酸铋（Bi₂WO₆）是具有钙钛矿板的层状结构，价带是由Bi6s和O2p轨道杂化而成，轨道间的强相互作用降低了对称性产生相关的偶极子，使其具有更广的可见光波长响应、较高的氧化活性和电荷流动性。然而，现有的Bi₂WO₆材料在环境应用中还存在两大难题，一是催化剂分离回收较为困难；二是光生量子产率低，光生电子-空穴易复合导致降解效率低，因而需要对现有Bi₂WO₆进一步研究改进，以获得易回收且效率高的光催化材料。

发明内容

本发明旨在提供一种磁性纳米洋葱碳负载Bi₂WO₆的光催化剂及其制备方法和应用，通过将窄带隙的Bi₂WO₆活性组分负载在磁性纳米洋葱碳载体上，提高可见光吸收性能和固液分离回收性能。

本发明采用磁性纳米洋葱碳（Magnetic Carbon Nano Onions, MCNOs），这是一种新型的纳米材料，其独特的中空结构为电子的传输提供了通道；较大的比表面积也可加强染料的吸附和离子交换性能，加速有机染料的降解；此外，带有Fe-Ni核的CNOs的饱和磁化强度良好，能够实现催化剂与染料的磁性分离。因而，MCNOs是极好的催化剂载体，可提高光催化剂的降解效率并实现对光催化剂的磁性回收。

本发明提供了一种磁性纳米洋葱碳负载Bi₂WO₆的光催化剂，以Bi₂WO₆为活性组分，以磁性纳米洋葱碳为载体，将Bi₂WO₆活性组分负载在磁性纳米洋葱碳载体上形成；该催化剂包括以下重量份数的组分：

磁性纳米洋葱碳MCNOs：10~20wt%，

Bi₂WO₆：80~90wt%。

本发明提供了上述磁性纳米洋葱碳负载Bi₂WO₆的光催化剂的制备方法，包括以下步骤：