[发明专利]基于FTO表面的卤氧化铋/铋酸钙复合材料、制备方法及在光催化降解水体中染料的应用

说明书

本发明涉及一种基于FTO表面的卤氧化铋/铋酸钙复合材料制备方法，具体为：1）以硝酸铋、硝酸钙为原料，以二乙烯三胺五乙酸、乙二胺四乙酸为形貌控制剂，通过与氨水溶液交叉旋涂，将前驱体分散在FTO表面，再经过煅烧得到片状CaBi₆O₁₀材料；2）采用旋涂将硝酸铋水溶液分散在CaBi₆O₁₀材料表面，通过低温保温反应后，将材料置于10‑40mmol/L KX溶液(X=Cl,Br,I)中，160‑180℃反应8‑15小时，经洗涤、干燥即得BiOX/CaBi₆O₁₀复合材料。该复合材料成本低廉、光催化污染物活性高、结构稳定、循环稳定性良好，而且其对于多种混合污染物也表现出良好的光催化降解能力，在生活废水处理和工业废水处理等领域有着广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于复合材料制备及光催化降解技术领域，具体涉及一种基于FTO表面的卤氧化铋/铋酸钙BiOX/CaBi₆O₁₀(X=Cl, Br, I)复合材料、制备方法及其在光催化降解水体中染料的应用。

背景技术

随着工业的快速发展，人类的生存环境逐渐恶化。难降解污染物如染料、卤代烃、杂环化合物、酚类、表面活性剂、农药等的大量排放对水资源造成严重污染。传统的污染物处理方法难以将这些污染物彻底矿化，但这样的操作通常还会带来二次污染。半导体光催化氧化技术能无选择性地同时处理多种污染物，应用范围广，而且光催化氧化技术还具有反应设备简单、条件温和、易于操作控制、运行成本低、二次污染小等优点，已成为解决难降解有机物矿化问题的主要途径。虽然人们对半导体光催化氧化技术已进行了广泛研究，但由于其复杂性，此项技术在实现工业化应用之前还存在很多问题急需解决。其中有三个问题最为突出：一是太阳光的吸收利用率太低，由于大多数氧化活性较强的半导体都为宽带隙化合物，只能被能量较高的紫外光激发产生活性物种，而紫外光在太阳光中所占的比例只有5%左右；二是光量子效率低，大部分的光生电子和空穴还没有参加催化反应就已经复合而猝灭，导致所吸收光的利用率太低；三是催化剂回收困难，当前研究中较为高效的催化多为纳米粉体如：商业化光触媒P25，其催化过程中，催化剂多为分散在溶液当中，其回收率不高，存在粉体污染的可能性。因此，开发和研究对可见光有最大程度吸收、光生载流子分离效率高并且易于回收的活性催化剂成为目前学者们的主要研究目标。

单一组分催化剂存在光生载流子分离率低，光响应范围等问题，导致了光化转化效率较差，限制了其在光催化中的应用。通过半导体耦合形成异质结是抑制光生电子-空穴复合，提高光量子效率的有效途径，同时利用带隙宽度较窄、可见光响应能力强的半导体与宽带隙半导体复合形成异质结或纳米复合材料，还可拓宽催化剂的光响应范围，提高其可见光催化活性。因此，相对于单一组分的催化剂，半导体异质结催化剂具有增强的光催化性能。此外，本发明尝试通过在FTO、泡沫金属、海绵等载体上负载光催化剂，可以有效提高催化剂回收率，提升催化剂应用前景。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种基于FTO表面的卤氧化铋/铋酸钙BiOX/CaBi₆O₁₀(X=Cl, Br, I)复合材料，该复合材料不仅合成简单、成本低廉，而且其光催化性能、材料循环稳定性与催化剂回收率都得到了显著提升，在光催化污水净化中有着好的应用前景。

本发明还提供了上述基于FTO表面的卤氧化铋/铋酸钙BiOX/CaBi₆O₁₀(X=Cl, Br,I)复合材料制备方法及其在光催化降解水体中染料的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：