[发明专利]一种纳米氯氧化铋/氮化碳复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种纳米氯氧化铋/氮化碳复合材料及其制备方法和应用，采用高温煅烧一步法制备，该方法是以小分子含氮化合物和氯化铋为原料、氯化钾为助剂，首先称取计量后的小分子含氮化合物、氯化铋和氯化钾，研磨混合均匀后，将得到的固体混合物放入带盖的坩埚中，并将坩埚置于马弗炉中煅烧，马弗炉以3～10℃/min的速率升温至540～560℃，煅烧3～5h，自然冷却后用纯净水洗涤多次，干燥后得到纳米氯氧化铋/氮化碳复合材料。该方法可简化工艺过程、降低生产成本；制备的纳米氯氧化铋/氮化碳复合材料能有效催化光降解罗丹明B，具有较高的催化活性和较好的重复性，在污水处理方面具有潜在的利用价值。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，具体涉及一种光催化材料的制备及应用技术领域，特别涉及一种纳米氯氧化铋/氮化碳复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着工业的快速发展，大量工业废水对环境造成的污染也日益严重。工业废水中的部分有机物毒性大且难以降解，导致工业废水的处理成本增加。因此，研发一种低成本处理工业废水的方法是很有必要的。

利用可见光降解工业废水中的有机物具有成本低、操作简便的优点，该法目前存在的主要问题是对可见光的利用率较低。石墨相氮化碳是一种新型光催化材料，具有稳定性高、廉价、环保等优点。石墨相氮化碳的带隙宽度约为2.7eV，能够吸收部分可见光，又具有较强的氧化还原能力，因此，石墨相氮化碳在光催化降解有机污染物、光催化分解水制氢和光催化还原二氧化碳等方面具有广泛的应用前景。但是，石墨相氮化碳只能对波长小于450nm的太阳光产生响应，且光生电子-空穴容易复合，导致其效率不高。为解决这些问题，研究者们尝试用贵金属沉积、半导体复合、金属/非金属掺杂等方法对石墨相氮化碳进行改性，以提高其光催化活性(齐跃红，刘利，梁英华，胡金山，崔文权.化学进展，2015，27(1)：38～46.)。近年研究发现，铋系光催化剂在可见光范围内有明显的吸收，具有良好的催化性能。单独的铋系催化剂具有比表面积小，价格高的缺点。铋系催化剂与石墨相氮化碳复合后能有效抑制光生电荷的复合，提高铋系化合物的稳定性。因此，制备石墨相氮化碳和铋化合物的复合材料作为光催化剂，能够抑制各自的缺点，提高材料的光催化性能。石墨相氮化碳与卤氧化铋、钨酸铋、磷酸铋、碱式碳酸铋、硫化铋等复合后，材料的光催化性能有显著提高(王鹏远，郭昌盛，高建峰，徐建.化学进展，2017，29(2/3)：241～251.)。

制备石墨相氮化碳和铋系化合物的复合材料的一般方法是先制备石墨相氮化碳，再制备复合材料。何志桥、陈锦萍等先用热聚合法制备石墨相氮化碳，再将其与氯化钾、硝酸铋一起在160℃下水热反应12h得到BiOCl/g-C₃N₄，该材料对光催化还原CO₂具有高活性(何志桥，陈锦萍，童丽丽，汤俊涛，陈建孟，宋爽.化工学报，2016，67(11)：4634～4642.)。赵慧平、孙芳文等以g-C₃N₄和Bi₂O₃为前驱体，研磨后在马弗炉中300℃焙烧1h得到Bi₂O₃/g-C₃N₄复合催化剂，结果表明该材料的可见光响应范围优于单组分，材料对光催化降解甲基橙的效果较好(赵慧平，孙芳文，吕中，田凡，陈嵘.华中师范大学学报(自然科学版)，2015，49(5)：746～752.)。任秋燕、傅敏等先用热聚合法制备了g-C₃N₄，再将其与硝酸铋、硫脲分散在乙二醇中，用微波加热得到Bi₂S₃/g-C₃N₄(任秋燕，傅敏，吴晓璐，汪成，季雨晴.人工晶体学报，2019，48(8)：1462～1468.)。公开号为CN109158124A的专利公开了一种氮化碳与卤氧化铋复合光催化剂材料及其制备方法，该方法是先制备g-C₃N₄，再将其与硝酸铋、卤化钾溶液混合，在80℃反应得到复合材料。