[发明专利]一种复合固溶体光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及光催化领域，公开了一种复合固溶体光催化剂及其制备方法和应用。所述光催化剂的表达式为BiOBr_0.5I_0.5/Bi₅O₇Br_0.5I_0.5，粉末状，粒径为12‑15nm，比表面积为285‑300m²/g。本发明制备的光催化剂具有光催化活性高、环境友好、可见光响应等优势，能有效降解压裂返排液中的羟丙基胍胶，且降解过程无二次污染。

技术领域

本发明涉及无机材料合成和光催化技术领域，具体涉及一种复合固溶体光催化剂及其制备方法和应用，其化学式为BiOBr_0.5I_0.5/Bi₅O₇Br_0.5I_0.5。

背景技术

国内针对页岩气开采过程中产生的压裂返排液处理方法的研究国内外已取得一定成果，返排液中的大部分无机废物，例如：岩屑、支撑剂、无机盐等，通过一系列的物理沉降、化学絮凝等方法能够有效的去除。但对于返排液中难降解的聚合物，例如：胍胶等高分子聚合物，则需要消耗大量的能源或种类繁多的化学药剂一一降解，具有处理成本高、设备投资大、处理周期长、易二次污染等缺点。

光催化技术是20世纪后期发展起来的一种处理难降解有机污染物的新工艺，其特征是通过在半导体催化剂作用下产生活性极强的羟基自由基(·OH)。羟基自由基几乎能无选择性地将废水中难降解的有机污染物氧化降解成无毒或低毒的小分子物质，甚至直接矿化为二氧化碳和水及其它小分子羧酸，达到无害化目的。该技术具有无选择性、氧化能力强、反应速度快、处理效率高，无二次污染等优点。上述特性使得光催化技术在处理页岩气返排液领域展示了极大的应用空间。而在光催化技术领域中，光催化剂的研制则是最为核心的技术之一。而卤氧化铋成为近年来光催化领域的新宠。

卤氧化铋作为一种新型的窄禁带半导体成为近年来光催化领域的焦点。由于其无毒、廉价、氧化还原能力强、化学性质稳定和抗光腐蚀等特性，在水体污染物降解、抗菌等方面得到了广泛的应用。由于其单体的电子-空穴复合效率较高，对其光催化性能具有不利的影响，严重制约了其在光催化等方面的实际应用。因此，通过改性使卤氧化铋基光催化剂具有高光催化性能是光催化研究领域的重要课题之一。目前文献报道的方法有金属离子掺杂、非金属离子掺杂、半导体的固溶、复合等。

2016年Zhang等人发现原位合成的BiOIxBr1-x固溶体光催化剂在可见光的照射下催化罗丹明B时，具有比单体更强的光催化活性(Xing，Z.，Wang，C.Y.，Wang，L.W.，Huang，G.X.，Wang，W.K.，&Yu，H.Q.(2016).Fabrication of BiOBrxI1-x photocatalystswithtunable vi sible light catalytic activity by modulating band structures:Scientific Reports 6，22800.)。

上述文献中所报道的BiOIxBr1-x固溶体光催化剂的制备虽然使用了最简便的沉淀法，但光催化剂本身的性能仍然较低，对光能的利用率仍不理想，需要进一步的改性以提高其固有光催化性能。

因此，探索一种经济有效、环境友好的压裂返排液聚合物降解技术或工艺，对于缓解开发区块的环境问题显得格外重要，同时对于保障页岩气的正常生产和可持续发展具有重要意义。

发明内容