[发明专利]一种碳酸氧铋/海泡石复合光催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种碳酸氧铋/海泡石复合光催化剂及其制备方法。本发明先将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，再加入硝酸铋‑硝酸铁溶液，用强碱溶液调节混合液pH值，然后再将纯化海泡石加入，充分混合后转入聚四氟乙烯高压釜中进行水热反应生成形貌可控的多孔碳酸氧铋/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，并在CTAB的表面活性和模板作用以及海泡石的界面效应综合作用下在海泡石上负载并生长碳酸氧铋，可有效控制其结构和形貌，降低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，从而提高其光催化降解性能和矿化能力。

技术领域

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

背景技术

工农业生产的快速发展和人们生活水平不断提高，导致排放到环境的有机污染物日益增多，水环境污染日益严重。迄今，人们已研发了多种处理技术以应对日趋严重的有机物污染，如吸附、絮凝、电化学方法、化学试剂氧化法、臭氧氧化、Fenton氧化、光Fenton氧化和光催化降解等。在众多的处理方法中，光催化降解可在常温下利用光能氧化分解有机污染物，具有降解有机污染物能力强，降解完全，速度快，无二次污染，特别是可见光催化降解可充分利用自然光源，处理成本低。其中半导体介孔结构光催化材料以其优越的多孔结构和较大的比表面积，利于光的反射和折射，可大大提高对光的利用率；并且较大比表面积可为污染物分子吸附提供足够的活性位点和场所，促进污染物质的高效传质，从而提高污染物催化降解效果，因此，成为环保工作者研究开发的重点和热点。目前，研究开发和应用最为深入广泛的光催化剂是二氧化钛，其具有化学稳定性好、抗化学污染物能力强、环境友好等优点。但由于其能带隙高于3.2eV，只有在紫外线(λ≤387.5nm)辐照下才能有效激发产生电子/空穴对，且其电子/空穴对复合率高，二氧化钛粉末悬浮在溶液中分离困难等缺点，极大地限制了其推广应用。因此，研发光利用率高特别是对可见光的利用、催化降解效果好、价廉且本身无毒的光催化剂是推进光催化降解技术在有机污染物处理中应用的关键。

近年来，铋系半导体材料，如BiFeO₃、BiVO₄、Bi₂WO₆、Bi₂MoO₆、BiOX等，由于极化产生的内部电场有利于光生电子与空穴的分离，使其具有较高的光催化性能，且由于铋系化合物无毒，对环境的污染小，已成为环保工作者研发的重点。其中，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-层交替构成的层状结构，极化产生的内部电场有利于光诱导电子与空穴的分离，从而提高Bi₂O₂CO₃的光催化性能。但其能带隙值在3.2～3.5eV之间，对可见光的吸收率低，且光生载流粒子(空穴/电子对)复合率高、量子效率低，极大地限制了其推广应用。因此，必须采取适当的措施改善材料的结构与形貌，降低其能带隙，提高对光的吸收率和光量子效率以及对污染物的吸附性能，从而提高对污染物的光催化降解性能。