[发明专利]膨润土/Fe3

说明书

本发明公开了膨润土/Fe₃O₄/BiOBr/BiOI复合材料及其制备方法和在吸附‑光催化方面应用,制备吸附‑可见光光催化技术领域。以乙二醇为溶剂，五水合硝酸铋为铋源，在磁性膨润土BT/Fe₃O₄上负载Bi³⁺；再以碘化钾为碘源，溴化钾为溴源，通过微波辅助水热法，在高温加压的作用下实现原位自组装，在BT/Fe₃O₄基的层间和/或BT/Fe₃O₄基的表面上负载异质结BiOBr/BiOI，获得磁性膨润土基负载异质结BiOBr/BiOI可见光光催化复合材料，即BT/Fe₃O₄/BiOBr/BiOI。所述复合材料降低了带隙宽度，提高了对可见光的吸收能力，且表面电负性的膨润土以及异质结的协同作用促进了材料光生电子空穴对的分离，进而提高光催化能力，在可见光条件下降解四环素或/和罗丹明B，具有良好的降解效果、优异的循环可再生能力以及稳定性。

技术领域

本发明属于制备吸附-可见光光催化技术领域，具体涉及膨润土/Fe₃O₄/BiOBr/BiOI复合材料及其制备方法和在吸附-光催化方面应用。

背景技术

面对严峻的环境污染问题，许多的环境净化和修复技术被越来越多的研究，例如：吸附、生物降解、膜技术、光催化技术以及高级氧化等。其中，吸附技术具有快速、简易，处理范围广和处理效果好等优点，因而成为环境净化普遍采用的方法。然而，有些吸附剂的制备成本较高，回收效率和重复利用率低，难以将吸附的污染物降解去除，造成二次污染等不足亟待解决。

光催化技术利用光照激发催化剂产生电子-空穴对，并与O₂和H₂O等反应生成超氧自由基(·O₂^-)、羟基(·OH)，与空穴(h⁺)作为还原氧化活性自由基，能较为彻底的降解污染物。特别是可见光光催化技术，其可以利用可见光(占太阳光的43％)为光源，光源充足且非常经济清洁，成为目前研究的热点。其中，可见光催化剂溴氧化铋BiOBr具有开放式的层状晶体结构，结构中的[Bi₂O₂]²⁺层与双Br^-在范德华力作用下堆叠成[Bi₂O₂Br]层，独特的层状结构使其具有稳定性高、可见光响应能力强等优点，还具有毒性低，无二次污染的优势。但仍存在以下几个问题：粉状BiOBr纳米颗粒容易团聚，且光诱导产生的载流子易快速重组，使得量子产率和光催化活性受到限制，同时还存在固液分离困难等问题，这些均显著影响了其光催化活性和分离循环利用性能，使BiOBr的实际应用受到极大限制。为此，通过合适的技术手段进一步提升BiOBr的光催化性能具有重要意义。

常用的BiOBr光催化性能提升方法主要包括负载改性、半导体复合构建异质结等。异质结的构建对阻碍光催化剂光生载流子的复合具有重要作用，从而提高光催化的降解能力。目前研究的有p-n异质结，n-n异质结，p-p异质结，p-n-p等类型，均有利于光生电子空穴对的分离。特别是碘氧化铋(BiOI)，因其较小的带隙宽度，对光的响应范围比BiOBr、BiOCl等铋系半导体更宽。

有研究人员通过离子液体辅助一锅溶剂热法制备的BiOI/BiOBr异质结具有优良的光催化活性，原因是BiOI/BiOBr异质结提高了可见光的吸收和促进电子空穴对的分离。另外，将粉状BiOBr负载于黏土基膨润土材料上已被证实可以有效减少其团聚，且可以提高复合材料吸附能力以及促进光生电子空穴对的分离等。膨润土(Bentonite)是以蒙脱石为主要矿物成分的层状非金属矿，资源丰富且价格低廉，其比表面积较大并且具有一定的吸附能力，较大的比表面积可为光催化剂提供充足的负载位点，减少材料的团聚。另外，膨润土独特的层状晶体结构和丰富的表面活性基团复合，可以抑制光生电子空穴对的复合效率，提高光催化性能。