[发明专利]一种以多孔陶瓷为载体的光催化器件及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种以多孔陶瓷为载体的光催化器件及其制备方法和应用，涉及降解水中有机污染物用光催化器件技术领域。本发明提供的光催化器件，包括多孔陶瓷载体以及位于所述多孔陶瓷载体表面和内部微腔孔洞中的TiO₂/BiOCl复合薄膜光催化层。与常规TiO₂光催化相比，本发明提供的以多孔陶瓷为载体的光催化器件，多孔陶瓷载体表面和内部微腔孔洞中的TiO₂/BiOCl复合薄膜光催化层利用了层间空间较大的片状BiOCl纳米粉末掺杂，有利于TiO₂/BiOCl复合薄膜光催化层的光生电子和空穴对的分离，而且可以使吸收带发生红移，扩大光响应范围，提高光催化降解效率和太阳能利用率。催化反应后，器件易于从污水中分离、回收再利用。

技术领域

本发明涉及水中有机物去除用光催化器件技术领域，具体涉及一种以多孔陶瓷为载体的光催化器件及其制备方法和应用。

背景技术

光催化技术广泛应用于水环境中有机污染物处理。利用太阳能对水中有机污染物催化降解，满足能源可持续发展需求。在众多半导体材料中，TiO₂是最常用的光催剂，但TiO₂只有在紫外光照射下才能形成电子-空穴对，太阳能利用率不到5％；而且TiO₂光生电子和空穴易于复合，造成光催化过程中量子产率低，单一的TiO₂光催化剂使用具有局限性，常通过将其他纳米材料与TiO₂复合进行改性，如利用层间空间较大的片状纳米材料掺杂，有利于光生电子和空穴的分离，而且可以使吸收带发生红移，扩大光响应范围，提高光催化降解效率和太阳能利用率。此外，增大催化剂的比表面积和孔隙率也是提高光催化效率的另一个有效途径，催化剂比表面积越大，越能与更多有机污染物结合，加快反应速度，对于同种催化剂，多孔材料比普通材料催化活性可提高几个数量级。现有光催化材料多数为粉末状，催化反应后粉状光催化剂难以分离和循环利用。因此，研发易于分离的多孔光催化器件，增大光催化比表面积，拓宽光催化材料的光响应范围，提升光催化效率和提高太阳能利用率是有机污染物光催化降解领域的研究热点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以多孔陶瓷为载体的光催化器件及其制备方法和应用，较常规TiO₂光催化剂，本发明提供的以多孔陶瓷为载体的光催化器件，包括多孔陶瓷载体以及位于所述多孔陶瓷载体表面和内部微腔孔洞中的TiO₂/BiOCl复合薄膜光催化层，有效降低了电子和空穴的复合几率，光响应范围可拓展到可见光，提高了光催化效率，而且器件易于回收再利用。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种以多孔陶瓷为载体的光催化器件，包括多孔陶瓷载体以及位于所述多孔陶瓷载体表面和内部微腔孔洞中的TiO₂/BiOCl复合薄膜光催化层。

优选地，所述多孔陶瓷载体的厚度为30～700μm；所述多孔陶瓷载体的体积密度为0.5～1.6g/cm³，所述多孔陶瓷载体的孔体积为0.5～1.5cm/g，所述多孔陶瓷载体的微腔孔洞的孔径范围为150～3500nm。

优选地，所述多孔陶瓷载体表面和内部微腔孔洞中的TiO₂/BiOCl复合薄膜光催化层的厚度为50～1000nm。

所述多孔陶瓷载体表面和内部微腔孔洞中的TiO₂/BiOCl复合薄膜光催化层中的BiOCl质量分数为0.1～6％。

优选地，所述多孔陶瓷载体表面和内部微腔孔洞中的TiO₂/BiOCl复合薄膜光催化层中的片状BiOCl纳米粉末的粒径范围为15～900nm；

本发明提供了上述技术方案所述以多孔陶瓷为载体的光催化器件的制备方法，包括以下步骤：