[发明专利]一种铁酸铋/海泡石复合可见光催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种铁酸铋/海泡石复合可见光催化剂及其制备方法。它以可溶性铋盐和铁盐为原料，在二者溶液充分混合后用强碱调节溶液pH值，再加入经处理的纯化海泡石，超声搅拌充分混合后再转至聚四氟乙烯高压釜中进行水热反应，生成以海泡石为依托的形貌良好的多孔铁酸铋/海泡石复合可见光催化剂。通过在海泡石存在下在线生成铁酸铋，在海泡石表面丰富的含氧基团和界面效应的共同作用，实现对生成铁酸铋的结构与形貌的有效调控，增加了制备铁酸铋/海泡石复合可见光催化剂中组分的融合性和材料的稳定性，降低了能带隙和光生载流子的复合率，提高了可见光吸收利用率、对有机污染物的吸附性能和对有机污染物的可见光催化降解性能与矿化效果。

技术领域

本发明属于有机污染物光催化降解技术领域，尤其涉及一种铁酸铋/海泡石复合可见光催化剂及其制备方法。

背景技术

随着印染工业的快速发展，各种染料被广泛使用，导致大量含染料废水被排放到环境中。印染由于结构复杂、不易降解、毒性大、颜色鲜艳等，排入环境易对生态环境产生严重污染，对人体健康构成严重威胁。目前已研发了多种印染废水处理技术，如吸附法、反渗透法、生物降解法、化学氧化法、高级氧化法和光催化降解法等。其中，光催化降解技术是利用光能激发光催化剂产生光生空穴/电子对进而产生·O₂^-、·OH和h⁺等活性物种来分解染料分子，具有降解程度高、处理效率高、反应条件温和成本低等优点，尤其是利用自然光激发的可见光催化剂节能效果显著，是目前处理印染废水最有效、最有前途的方法之一。在已研发的光催化剂中，钙钛矿型光催化剂具有良好的可见光吸收能力、催化活性较高、价格低廉、环境友好等优点。铁酸铋(BiFeO3)是一种典型的铋系钙钛矿型材料，能带隙约2.5eV，可在可见光照射下激发，且在酸性环境中稳定性好，因而受到了广泛重视。但纯相BiFeO3仍存在能带较宽、可见光谱吸收范围窄，光吸收率和量子效率较低、光生电子/空穴对复合率较高，且比表面积较低、结构形貌不利于对污染物的吸附和对可见光的吸收利用等不足。

对纯相光催化剂的改性，通常采用以下方法：(1)元素掺杂，如Mn、N、Ag等；(2)与其它物质复合，如石墨烯或还原氧化石墨烯；(3)与其它半导体材料形成异质结，如TiO2、LaCoO3等。由于海泡石(Sepiolite)具有较大的孔隙体积和比表面积，还存在大量酸碱中心，可为在表面生成的物质提供丰富的活性位点和依托场所。因此，使BiFeO3在海泡石存在下在线生成，海泡石较强的界面效应可影响和促进BiFeO3微结构的形成，提高BiFeO₃/海泡石复合光催化剂的比表面积，优化对光的吸收的结构形貌，进一步降低能带隙宽度和光生电子/空穴对的复合率，提高其光谱响应性能。目前，尚未有相关文献披露BiFeO₃/海泡石复合光催化剂及其制备方法。

发明内容

针对纯相BiFeO3存在的不足，本发明目的在于提供一种铁酸铋/海泡石复合可见光催化剂(BiFeO₃/Sepiolite)，其特点是BiFeO₃在海泡石存在下在线生成的多孔性材料，比表面积较大，能带隙较低，光生电子和空穴复合率低，对可见光的吸收利用率较高，对有机污染物吸附能力较强，可见光催化降解率高。

本发明的另一个目的在于为铁酸铋/海泡石复合可见光催化剂提供一种制备方法，该方法是BiFeO₃在海泡石存在下在线生成，实现对生成BiFeO₃的结构与形貌的调控和优化，且制备方法简便，过程易于控制，三废排放少，制造成本较低，易于实现规模化生产；具体包含以下步骤：

(1)可溶性铋盐与铁盐按摩尔比1∶0.9～1.0，分别用去离子水或稀酸配制铋盐和铁盐溶液，Bi³⁺浓度为0.05～0.067mol/L，Fe³⁺浓度为0.045～0.067mol/L；然后两种溶液混合，超声搅拌1～2h，得铋盐-铁盐溶液，记为溶液A；

(2)调节步骤(1)所得溶液A的pH至12.6～13.5，继续在室温下超声搅拌1～2h，得混合物B；