[发明专利]一种复合催化剂及制备方法和其应用

说明书

本发明公开了一种复合催化剂及制备方法和其应用，复合催化剂由氧化石墨烯（GO）和氯氧铋（BiOCl）纳米片杂化构成。所述制备方法包括：将氧化石墨烯均匀分散到乙醇溶液中；将聚乙烯吡咯烷酮溶于上述混合溶液，离心去掉上清液后重新分散到乙醇溶液中；将Bi(NO₃)₃·5H₂O溶解到甘露醇溶液中，混合均匀后，将上述两种混合溶液混合均匀后加入饱和的氯化钠溶液，然后转移至聚四氟乙烯衬底反应釜中，水热加热。经过离心、洗涤烘干后制得催化剂，命名为GO‑BiOCl(001)。在低温等离子体条件下，GO‑BiOCl(001)催化剂在高能电子的碰撞激发下产生氧化性极高的活性物种，实现了VOCs污染气体的高效净化。

技术领域

本发明属于空气处理净化领域，具体涉及一种具有优势接触界面GO-BiOCl(001)复合光催化剂的设计合成，特别涉及此种复合催化剂的合成制备方法以及其在低温等离子体驱动下在VOCs降解中的应用。

背景技术

在过去的二十年中，低温等离子体(NTP)技术作为一种先进的氧化技术被应用到降解VOCs方面。同传统的热去除方法相比，NTP技术中投入的能量几乎全部被用于电子的加速，而不会对整个气体进行加热，气体可以保持在室温条件下，故NTP技术的能量利用率更高，对于处理低浓度VOCs气体有着十分重要的应用前景。NTP技术主要利用产生的高能电子(1-10eV)通过直接或者间接作用将VOCs分子分解。主要有下面两种相互作用方式：(1)高能电子直接进攻VOCs分子的化学键，破坏其分子结构，实现VOCs污染物的降解。间接作用方式：(2)NTP反应器内部大量的高能电子与背景气体分子发生非弹性碰撞，将其部分的内能转移给背景气体分子，会产生一些化学反应性极高的活性物种(自由基、激发原子、离子和分子)，通过氧化还原反应将VOCs分子间接降解转化，形成CO₂、H₂O和其他气体产物。然而，NTP在实际的应用过程中，往往存在氧化不完全、去除效率低、易产生副产物等问题。

将NTP技术同光催化复合材料结合在一起可以有效的解决上述问题。该技术将等离子的高反应性活性和光催化剂的高选择性完美整合在一起。在室温条件下通过等离子体激发活化催化剂，可以有效的提高VOCs的去除效率，同时抑制副产物的生产。当光催化剂放置在NTP反应器中时，催化剂会对等离子体的放电行为产生影响。相关研究证明，当催化剂放置于等离子体腔体内时，等离子体的放电模式从单纯的空间丝状放电变为表面放电和空间放电的结合，因此等离子体的内部的平均电子能量密度增加。此外，NTP腔体内部合适能量电子能诱导催化剂经历一个“伪光催化”的过程产生电子-空穴对，有效分离后的电子和空穴会与背景气体分子产生氧化性极高的活性物种(e.g.·O₂^-·OH)，这些活性物种可以作为一个很好的补充参与到降解VOCs分子的过程中。从光催化的角度来看，光催化剂的催化活性主要由其产生、分离、转移电子-空穴对的能力决定。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足设计合成了一种可以在等离子体系下驱动的GO-BiOCl复合催化剂，并且对两相接触界面进行了调控，合成了以001面接触的GO-BiOCl复合催化剂，获得了更高的电子、空穴分离和转移效率，并且合成的复合催化剂在等离子体的驱动下在VOCs的降解中表现出了优良的催化性能。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种GO-BiOCl复合催化剂的制备方法，该方法包括以下具体步骤：

步骤1：将氧化石墨烯加入到无水乙醇中均匀超声分散，得到混合溶液，缓慢加入的聚乙烯吡咯烷酮，搅拌分散均匀后，离心去掉上清液，重新分散到同体积的无水乙醇溶液中；其中，氧化石墨烯与聚乙烯吡咯烷酮物质量的比为1:5-20；

步骤2：将Bi(NO3)3·5H2O溶解到甘露醇溶液中，磁力搅拌分散均匀得到的混合溶液，其中，五水合硝酸铋与甘露醇物质量的比为1:1-4；