[发明专利]一种红磷/碳酸氧铋S型异质结光催化剂及其制备方法

说明书

一种红磷/碳酸氧铋S型异质结光催化剂及其制备方法，将热水处理后的红磷（HRP）和碳酸氧铋（Bi₂O₂CO₃）混合后分散于蒸馏水中，经过恒温、洗涤、干燥等过程得到目标产物Bi₂O₂CO₃/HRP，通过改变HRP与Bi₂O₂CO₃的配比，即可获得不同摩尔比的异质结光催化剂，通过瞬态荧光光谱和X‑射线光电子能谱分析表征证明该物质是一种S型异质结光催化剂，光催化性能测试试验表明，该催化剂能由将废水中的Cr（Ⅵ）还原为Cr（Ⅲ），效率达95%以上，且经过连续5次光催化反应后，效率仍在85%以上，证明了该S型异质结光催化剂在λ≥420nm的可见光范围内，表现出优异的光催化活性；并且处理废水的同时，能够产氢，其平均产氢速率可达纯HRP产氢速率的3倍，该催化剂制备简单，成本低廉。

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种红磷/碳酸氧铋S型异质结光催化剂及其制备方法。

背景技术

铬是环境中一种常见的重金属污染物，主要来源于电镀、冶金、纺织、印染、制革、陶瓷、医药等行业。自然界中铬常以Cr（Ⅵ）和Cr（Ⅲ）两种形式存在，Cr（Ⅵ）的毒性远大于Cr（Ⅲ），它在体内富集到一定程度可以使生物体诱发畸变、癌变等一系列病变。由于Cr（Ⅵ）毒性大、来源广，铬污染受到世界各国的广泛关注。目前处理Cr（Ⅵ）的方法主要有：电解还原法、化学沉淀法、离子交换法、生物法、膜分离法、黄原酸酯法、光催化法等，化学方法是其中最为常用的方法之一，主要是将Cr（Ⅵ）还原为无害的Cr（Ⅲ）（通常与Na₂S₂O₃、Fe₂(SO₄)₃等反应），再将Cr（Ⅲ）在中性或碱性条件下生成Cr(OH)₃沉淀而除去。

Cr（Ⅵ）在酸性条件下的反应为：

光催化法应用于Cr（Ⅵ）的处理已有先例，其机理主要有两种：

（1）Cr（Ⅵ）被半导体光生电子e^-直接还原为Cr（Ⅲ）。

（2）Cr（Ⅵ）被间接还原为Cr（Ⅲ），即体系中其他物质先于Cr（Ⅵ）被光生空穴h⁺或羟基自由基·OH氧化或被光生电子e^-还原，得到的中间产物再将Cr（Ⅵ）还原。

但催化剂通常选用Ti或Pt催化剂，成本较高，难以大面积推广，目前只停留在实验室研究阶段。

氢气不仅具备清洁、可再生的优点，同时还具有燃烧性能好、能量转换效率高等特点，被视为最理想的清洁能源。2012年，半导体元素红磷首次被提出可作为可见光光催化剂来分解水制氢，但其效率不高，产氢速率约为50μmol•g^-1•h^-1左右，F Wang在YPO₄表面负载红磷，成功制备了P/YPO₄光催化剂，其产氢性能较纯红磷提高了7倍左右，显示出很好的光催化活性，但在水处理方面，尚无红磷的公开报道。

综上所述，我们提出一种红磷/碳酸氧铋S型异质结光催化剂及其制备方法，可在废水处理的同时产生清洁的氢气。

发明内容

本发明的目的在于提供一种红磷/碳酸氧铋S型异质结光催化剂及其制备方法，以解决上述背景技术中提出光催化剂还原Cr（Ⅵ）成本较高以及纯红磷制氢效率低下的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种红磷/碳酸氧铋S型异质结光催化剂，红磷/碳酸氧铋S型异质结光催化剂由红磷的（102）晶面、碳酸氧铋的（011）和（013）衍射晶面构成，碳酸氧铋均匀地附着在了红磷表面，两者紧密接触，形成了异质结结构。

该催化剂的制备方法包括如下步骤：