[发明专利]一种磁性核壳型碳酸氧铋/海泡石复合光催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种磁性核壳型碳酸氧铋/海泡石复合光催化剂及其制备方法。以十六烷基三甲基溴化铵CTAB溶于乙二醇EG配制CTAB‑EG溶液为模板剂和还原剂，硝酸铋‑硝酸铁溶液为原料，调节pH值后再依次加入磁性核壳型Fe₃O₄@SiO₂微球和纯化海泡石，充分混合后进行水热反应生成形貌可控的核壳型碳酸氧铋/海泡石复合光催化剂。通过在水热条件氧化分解EG或CTAB产生碳酸根，并通过CTAB的表面活性和模板作用以及海泡石的界面效应实现产物结构与形貌的有效控制，降低了能带隙和光生载流子的复合率，提高可见光吸收利用率和对有机物的吸附性能，赋予催化剂优异的磁分离性能，从而提高其光催化活性和分离回收与循环使用性能。

技术领域

本发明属于有机污染物光催化降解技术领域，尤其涉及一种磁性核壳型碳酸氧铋/海泡石复合光催化剂及其制备方法。

背景技术

有机染料、抗生素等有机物排入环境对生态环境造成严重污染，对人类健康构成了日益严重的威胁，已成为一个严重的全球性环境问题。针对这些污染，人们已研发了多种处理方法，如吸附法、离子交换法、反渗透法、生物降解法、化学氧化法、高级氧化法、光催化降解法等。其中，光催化降解法是利用光能激发催化剂产生光生载流子来降解污染物，可以通过人工光照或自然光照实现，方便且价廉，并且降解程度高，条件温和，操作简便，是一种最具推广应用价值和应用前景的有机污染处理方法。光催化降解法效果主要取决于光催化剂的性能。传统光催化剂，如二氧化钛和氧化锌，由于能带隙高(都在3.2eV以上)，只能在紫外线(λ≤387.5nm)的辐照下方表现出光催化活性。而太阳辐射的紫外线含量仅占总太阳辐射5％左右，以自然光为光源对太阳能的有效利用率太低。因此，亟需研发新型可见光驱动的光催化剂。在已研发的可见光催化剂中，碳酸氧铋(Bi₂O₂CO₃)是典型的Aurivillius型氧化物，属于四方体系，具有独特的由[Bi₂O₂]²⁺和CO₃^2-层交替组成的层状结构，由极化产生的内部电场有利于光电子与空穴的分离，因此Bi₂O₂CO₃具有较高的光催化性能。但Bi₂O₂CO₃仍然存在能带隙较高(3.2～3.5eV)、对可见光的吸收率低、光生电子/空穴对复合率高等缺点，催化降解效果有限，处理后光催化剂分离回收困难，循环使用性能较差，因此，实现其推广应用必须对其结构和性能进行进一步改进和提高。

性能优异的光催化剂必须具有适宜的能带隙，对光的吸收率和量子效率高，光生载流子的复合率低，且具有优异的结构形貌，对污染物的吸附性能好，光催化降解效率高，成本较低且具有良好的分离回收与循环使用性能。这就要求光催化要具有优化的组成，较大的比表面积和利于光的吸收的稳定的结构与形貌，且降解后利于分离回收的性能。常用改善光催化剂的性能的方法主要有光催化剂结构与形貌的调控、掺杂、与其他成分形成异质结和复合等。海泡石(Sepiolite)是一种含镁的多孔链硅酸盐矿物，具有独特的纳米结构孔径，较大的孔隙体积和比表面积，吸附能力强，质量轻，化学稳定性好，特别是其中存在大量的酸碱中心，利于其它材料以其为依托在其上形成和生长。将其作为其它光催化剂生成的模板或依托，可为光催化剂生成的提供活性位点，影响光催化剂的结构和形貌，从而达到调控材料结构与形貌的目的。改善光催化剂处理后的分离回收性能的方法主要有：(1)提高光催化剂的粒度，以提高其沉淀分离或过滤分离性能能；(2)赋予光催化剂以磁性，通过外磁场进行磁分离，便于实现光催化降解过程的连续化和自动控制。

发明内容