[发明专利]一种钨酸铋复合光催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种工艺简单、催化性能稳定、重复利用性高的一种钨酸铋复合光催化材料的制备方法，包括以下步骤：⑴多壁碳纳米管酸化预处理；⑵纳米二氧化钛优化制备；⑶多壁碳纳米管/钨酸铋‑二氧化钛制备。本发明通过对各原料的配比和各步骤的参数进行优化，得到可重复利用的复合光催化剂，有效促进了光生电子空穴对的分离，拓宽了可见光的响应范围，在有效降解环境中的四环素等抗生素的同时，减少了催化剂本身对环境的污染。本发明的制备方法操作简单、方便安全且成本低，由于其可重复利用性高，可减少催化剂本身对环境的污染，进一步实现水体中高浓度抗生素的快速降解，为环境中四环素类抗生素的去除提供可行方案。

技术领域

本发明涉及光催化技术领域，具体涉及一种钨酸铋复合光催化材料的制备方法。

背景技术

自1928年首次发现青霉素以来，诸多种类抗生素相继被发现、合成并作为药物在人类保健、临床、兽禽以及作为促生长剂在水产养殖、畜牧业、农业广泛应用。四环素是一种广泛使用的抗生素类药物，近来有报道证实，四环素类药物已经演变为世界第二大抗生素。据报道，四环素类抗生素占总使用量40%-70%。然而在使用过程中无论是人类或是兽禽，对抗生素的吸收有限，50%-95%的抗生素以药物母体或中间产物的形式随粪便、尿液等排出，进入环境。尽管四环素在农业、畜牧业以及人体健康领域发挥了巨大作用，但是其滥用导致了严重的环境问题。它们在水体环境中大量存在，并可能导致水体中抗性基因的产生和扩散，严重危害生态环境安全。近年来针对四环素类抗生素的环境监测显示，在土壤、湖泊、地下水，甚至给水管道、蔬菜瓜果中都发现了抗生素的残留。据研究，抗生素在环境中的累积不仅使耐药菌和耐药基因增多，增加人类医学治疗难度，还存在致癌等潜在不确定因素，探索环境中，尤其是水中四环素类抗生素的降解技术刻不容缓。

目前，针对水中难降解有机物的处理，主要有物理法、化学法、生物法和高级氧化法，其中光催化氧化法是利用太阳光激发催化剂产生强氧化性自由基，将有机物氧化为CO₂、H₂O等，由于其绿色无污染、活性高、速率快，而受到广泛关注，是最具规模化应用潜力的方法。

在光催化领域中研究最多的为二氧化钛（TiO₂）光催化剂, 其具有活性高、稳定性好、对人体无害等优点。然而研究表明，只有当激发光的波长小于 387.5 nm 时才能够激发TiO₂产生电子和空穴，但是对应这段波长的紫外光在太阳光谱中仅占不到 5%，这大大限制了 TiO₂的应用性。

钨酸铋（Bi₂WO₆）是目前研究较多的具备可见光响应的铋系催化剂，是一种的具有最为简单的类钙钛矿花状结构的金属氧化物，这种结构非常有利于光激电子在片层之间传递。Bi₂WO₆的禁带宽度约为 2.7-2.8eV，可吸收400-460nm的光波。虽然Bi₂WO₆的可见光催化活性较高，然而相关报道发现，Bi₂WO₆的电子空穴对重结合几率较高，从而使得其光量子效率降低，制备周期长，这些性质大大降低了Bi₂WO₆的实用性，因此，需要对Bi₂WO₆进行改性处理。

TiO₂化学稳定、抗酸碱腐蚀性好、成本低、易制备，且与Bi₂WO₆有合适的势能差，有利于光生电子空穴的分离，适用于对Bi₂WO₆进行改性处理。

碳纳米管由于其具有金属导体的属性，在光催化反应过程中，可以有序导出电子，降低空穴-电子的复合几率，提高光催化活性，可以同时充当载体、电子传递体等。多壁碳纳米管（MWNTs）由于其具有高比表面积，很好的导电性能、力学性能、传热性能，是非常理想的载体。