[发明专利]一种碳掺杂碘氧铋碘酸氧铋异质结构的制备方法

说明书

本发明提供了一种碳掺杂碘氧铋碘酸氧铋异质结构的制备方法，将Bi(NO₃)₃·5H₂O加入到去离子水中，持续搅拌；将KIO₃溶于上述混合液体中，并持续磁力搅拌，得到另一混合液体；将碳源溶于另一混合液体中，并持续磁力搅拌至溶解；将上述溶液放置于水热反应釜中，140‑170℃的温度下水热6‑12h,得到产物；将得到的产物用去离子水和无水乙醇分别洗涤2~5次获得样品；将样品在烘箱中70~85℃条件下烘干；在200℃~400℃条件下，在马弗炉中将烘干后的所得物煅烧2h，反应完成后，自然冷却至室温，得到的产物。本发明的碳掺杂BiOI/BiOIO₃异质结构催化剂具有很强的吸附和催化性能。

技术领域

本发明属于无机催化材料领域，涉及一种催化剂，具体来说是一种碳掺杂BiOI/BiOIO₃异质结构的制备方法。

背景技术

能源是国家经济发展的基础，煤炭作为我国最重要的基础能源，长期以来，在国民经济生活中占据非常重要的战略地位。目前煤炭消耗量约占一次能源的70％左右，由于我国是以煤炭为主要能源的国家，这就决定了以煤炭为主要发电能源的格局。但是随着火力发电厂的相继产生，煤炭燃烧所排放的氮氧化物、硫氧化物、粉尘以及汞等污染物已经对我们的生态环境形成了严重的危害，这一现象已经成为制约人类可持续发展的主要因素之一。

煤炭主要是通过燃烧的方式得以利用，而在其燃烧的过程中不可避免的会产生各种污染物，对燃煤产生的污染物进行控制一直得到各国的广泛关注。大气中的主要污染物硫氧化物、氮氧化物、二氧化碳、烟尘颗粒物、有机物以及微量元素的主要来源都是煤的燃烧，这些污染物的排放形势日益严峻，给环境保护带来了巨大的压力，并对人类健康和生态环境造成了不可逆转的损害。

在众多的燃煤污染物中，人们对微量元素的释放规律和控制机制的研究和认识尚不深入。其中微量元素汞具有较强的挥发性，停留时间长和生物累积性等特点，它已经被广泛认为全球性污染物。由于燃煤汞污染问题严重性，近年来被世界公认为继燃煤硫污染后另一重大污染问题，特别是燃煤电站汞排放控制已成为全球研究工作者研究的热点。

燃烧过程中扩散进入大气的汞主要形态有3种：零价单质汞(Hg⁰)，二价离子汞(Hg²⁺)和颗粒态汞(Hg^p)。二价离子汞可以溶于水，因此能有效的被湿法烟气脱硫系统(WFGD)脱除。而颗粒汞可以被除尘器捕捉，例如静电除尘器(ESP)或袋式除尘器(FF)。然而零价汞既不溶于水也不容易吸附，在大气中可以存在1-2年，它们不能被微生物降解，不断富集在人体内，并转化为剧毒的金属有机化合物，对人类的身体健康造成直接或间接的危害。

光催化氧化脱汞技术通过紫外光源(一般波长为365nm)照射,利用光催化剂的光催化氧化活性,催化氧化零价汞，达到脱除燃煤烟气汞的目的。

光催化剂的物理与化学性质对催化反应有着决定性的影响，现在常用的TiO2尽管具有如此多的优点，但是其缺点也是不可忽视的：一是电子-空穴对复合率高，二是由于其较大的禁带宽度无法利用可见光进行光催化。因此，为了能够充分利用太阳能，开发能够在可见光下光催化氧化，结构和性能都稳定的新型光催化剂成为光催化研究的一个新热点。

目前，一些含铋元素的复合氧化物光催化剂(简称铋基光催化剂)越来越多的受到人们的关注，因为铋基光催化剂的禁带宽度一般较窄，能够在可见光的驱动下进行光催化氧化反应，从而成为非常具有潜力的可见光光催化剂。

碳掺杂通过在BiOIO3价带上方形成杂质能级而缩小禁带宽度，同时碳掺杂能够吸收光子激发并转移光生电子到BiOIO3和BiOI的导带上，有利于提高光催化活性。BiOI和BiOIO3的异质结构有利于光生电子-空穴对分离，碳掺杂BiOI/BiOIO3在可见光条件下脱汞实验中展现了较高的光催化活性。在污染物控制方面尤其是脱汞上有着潜在的应用前景。

发明内容