[发明专利]可见光响应钇掺杂氯氧化铋催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种可见光响应钇掺杂氯氧化铋催化剂的制备方法及其应用，属于光催化技术领域。所述可见光响应钇掺杂氯氧化铋催化剂的制备方法：步骤1：将五水合硝酸铋与六水合硝酸钇混合均匀溶于乙二醇甲醚溶液中，得到溶液Ⅰ；步骤2：将氯化1‑十六烷基‑3‑甲基咪唑溶于乙二醇甲醚溶液中，使其全部溶解，得到溶液Ⅱ；步骤3：将溶液Ⅱ缓慢倒入溶液Ⅰ中，置于反应釜中反应；步骤4：将步骤3所得的反应液经离心、洗涤、烘干处理，制备得到钇掺杂氯氧化铋催化剂。本发明制备的钇掺杂氯氧化铋催化剂具有催化剂回收利用效率高、成本低且能高效处理抗生素类废水的特点。

技术领域

本发明涉及光催化技术领域，特别是指一种可见光响应钇掺杂氯氧化铋催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

近年来，由于抗生素具有抗菌性和促进生长等优点，被大量应用于医疗及其他各行业且伴随着大量滥用。随之而来的是，过量的抗生素类物质被不断排入水体环境中。由于排放行为具有持续性，尽管抗生素类物质半衰期并不长，仍造成了在水体、沉积物中的残留和累积，最终导致环境与生态破坏，抗生素类物质也被称为假持久性有机物。四环素类抗生素具有良好的水溶性，主要以地表径流等方式进入到地表水和地下水等自然环境中。尽管四环素的半衰期较短(4.5-180天)，但在酸性的条件下不易分解，从而逐渐累积，对水生生物产生巨大威胁，最终破坏水生生态系统。其次，四环素废水通过粪便等方式进入土壤，影响种植作物，产生不利影响。此外，四环素能够在动植物、微生物体内累积，使其产生耐药性和耐药基因，经过饮用水和食物链进入人体，对人健康构成潜在威胁。现今对环境中四环素废水治理已经迫在眉睫。

国内外当前对四环素废水的实际降解技术的研究不是十分成熟，因此研发新的处理技术，使用简单高效的方法使四环素类抗生素的降解效果明显改善正在成为目前国内外的研究热点。目前较为常规的抗生素去除方法有生物处理法、物理吸附法、化学处理方法等。其中化学处理法又包括了普通化学处理法和高级化学氧化技术(AOPs)。相比于生物处理法运转周期长，易出现生物中毒现象、物理吸附法只是实现四环素类物质的分离并不能达到去除降解的目的、普通化学处理法投入费用较高，易造成二次污染等的缺点，高级氧化技术以其简单灵活的工艺方法以及不会产生二次污染的环境友好性更被广泛接受为合适的抗生素类污染物去除方法。其中，光催化氧化技术就是高级氧化技术的一种。

光催化技术通过利用太阳能，使半导体光催化材料得到活化，驱动催化剂表面氧化还原反应的发生，从而将污染物降解为小分子物质甚至能够实现完全矿化(1972年Fujishima首次提出)。光催化技术能够有效处理高浓度四环素废水，并具有降解污染物速率快、有效利用太阳能、不易产生二次污染、费用低的优势，但由于现有技术中光催化剂回收效率低，造成使用成本太高，极大的限制了该催化剂的实际应用。

我国铋资源拥有量占世界铋资源总存储量七成以上，存储量位居世界第一。其次，铋具有低毒性和低放射性，是一种环境友好元素。第三，铋系光催化剂具有独特的层状结构，能够降低电子与空穴的复合。最后，铋系光催化剂具有较低的带隙能，能够实现较高的可见光响应。基于以上原因，铋系光催化剂引起了光催化技术研究者们的关注。常见的铋系光催化材料包括钒酸铋BiVO₄，钨酸铋Bi₂WO₆，氧化铋Bi₂O₃，钼酸铋Bi₂MoO₆和卤氧化铋BiOX(X＝Cl、Br、I)等光催化剂。

BiOCl光催化剂作为新型铋系催化剂的代表性材料，具有着独特的层状结构、催化剂稳定等优点(如图1所示)，受到了研究者的青睐。然而，单一的BiOCl光催化剂带隙宽度过高、量子效率低等缺点，导致BiOCl光催化剂的光催化活性并不高。而且纳米尺寸的BiOCl光催化剂应用于污水处理，存在着固液分离难、催化剂回收利用效率低等问题，使得实际应用成本过高，在真正意义上的运用存在一定难度和距离。