[发明专利]具有表面修饰的功能陶瓷基Bi系复合光催化材料制备方法

说明书

本发明提供了一种具有表面修饰的功能陶瓷基Bi系复合光催化材料制备方法，包括以下步骤：包括以下步骤：采用静电吸附、超声复合的方法将具有π‑π共轭分子材料的二维片层或纳米点与Bi系光催化剂进行复合，制得Bi系复合材料；制备功能陶瓷材料并进行表面活化处理；将步骤A制得的Bi系复合材料制成均匀分散的稳定胶体通过浸渍、离心或喷涂的方法镀在步骤B功能陶瓷表面，经烘干后再镀膜，最后再通过一定时间的热处理得到功能陶瓷基Bi系复合光催化材料。本发明对可见光吸收利用率高、制备简单、制备时间短。

技术领域

本发明属于光催化领域，具体的涉及种具有表面修饰的功能陶瓷基Bi系复合光催化材料制备方法。

背景技术

太阳能作为一种可持续的清洁能源，在解决能源危机和环境问题等方面有着广阔的前景。其中，利用太阳光将光能直接转化成化学能的光催化技术，在环境治理方面存在着巨大的潜在应用价值，成为解决环境污染方面的一个重要的研究课题。目前，在已研究的新型光催化材料中，铋系光催化剂作为一种新型的半导体光催化体系成为近年来光催化研究的热点。但是这些Bi系材料对于水中有机污染物去除同样存在一些有待解决的关键问题。(1)矿化速率慢，处理通量低问题；(2)光催化剂的分离问题；(3)中间产物的二次污染。

虽然为解决这些问题许多新型Bi系光催化材料已经被研发，但是以功能陶瓷材料为载体的Bi系光催化材料并不常见。近年来，随着人们环保意识的增强，对陶瓷材料的功能有了更多和更高的要求，尤其在光催化领域的应用引起了许多研究者的目光，如光催化自清洁陶瓷是一种具有稳定灭菌、降解有机污染物和保持陶瓷表面洁净的多功能环保陶瓷，它与普通陶瓷的区别在于其表面镀有一层几十纳米或几百纳米的光催化剂薄膜，具有良好的回收利用性能和实用性能。这些优良的特性使得陶瓷有了作为光催化剂载体的功能。如多孔功能陶瓷材料的可塑性可以以石墨烯水凝胶为模板，仿制其内部骨架和穿透孔交织所形成的三维网状结构，使陶瓷材料具有丰富的孔道以及较大的比表面积，能够形成宏观块体结构，为充当光催化材料的载体提供了有利条件。将纳米催化材料与多孔功能陶瓷材料复合可有效解决纳米颗粒光催化剂难以回收的问题，克服了传统离心分离或加压过滤等方法低效的弊端，大大降低了运行成本；同时陶瓷材料可以制有丰富的微孔和中孔结构在光催化处理污水时有利于污水溶液自由进出，可大大增加吸附和反应位点，进而增加材料的光催化性能。

刘培生等人以天然沸石粉末作为基本原料，利用泡沫塑料浸渍法制得了宏观孔隙在毫米级尺度的网状多孔陶瓷基体.通过控制浆料涂覆过程和烧结条件，可以获得体密度＜1g/cm3而漂浮于水面的轻质陶瓷制品.采用溶胶G凝胶法在该多孔陶瓷表面负载TiO2薄膜，将TiO2薄膜的光催化性能与轻质多孔陶瓷的低密度、高比表面积等优势结合起来以提高体系的整体催化效果。对甲基橙溶液的光催化降解研究表明，负载过程中TiO2溶胶膜层从室温以1.5℃/min的速度升温至400℃保温30min而得到的复合体具有优良的光催化性能。将本制品用于浓度为20mg/L的甲基橙溶液的紫外照射处理，降解率可以达到99％以上。这类材料在紫外光下具有高效的催化活性，但是对于可见光乃至全光谱的利用率极低；但通过改性制得Bi系复合材料对可见光甚至全光谱太阳光有高效的吸收利用率，而且将其修饰到功能陶瓷材料表面操作简单、制备时间较短，具有重要的研究意义，最重要的是将Bi系复合材料修饰到功能陶瓷表面的复合目前尚未报道。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种对可见光吸收利用率高、制备简单、制备时间短的光催化材料。

本发明为实现其目的采用的技术方案是，一种具有表面修饰的功能陶瓷基Bi系复合光催化材料制备方法，包括以下步骤：

A.采用静电吸附、超声复合的方法将具有π-π共轭分子材料的二维片层或纳米点与Bi系光催化剂进行复合，制得Bi系复合材料；