[发明专利]用于去除水体中藻类的氧化铋与铌酸铋复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于去除水体中藻类的氧化铋与铌酸铋复合材料及其制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：将氢氧化钠、铋酸钠和水混合均匀，再加入Bisubgt;3/subgt;NbOsubgt;7/subgt;，搅拌均匀，于170～180℃保温5～8h，离心，洗涤离心所得固体，干燥，得到氧化铋与铌酸铋复合材料，本发明所制得的氧化铋与铌酸铋复合材料可用于去除水体中的有害藻类，具有较好的氧活化能力及可见光响应能力，此外，氧化铋与铌酸铋复合材料的光生载流子重组率，加速了层间界面电荷分离和转移，使得其具有较高的光催化活性。

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体来说涉及一种用于去除水体中藻类的氧化铋与铌酸铋复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着全球气候变暖，导致水体富营养化问题愈发严重，有害藻华爆发对水生生态系统造成严重威胁，此外，大多有害藻类，如铜绿微囊藻产生的藻毒素亦对水环境造成安全隐患。当前的控制有害藻华的方法主要有物理法、化学法及生物法等，如机械打捞、超声法破碎、生物法除藻等。然而，这些传统的方法由于存在相应的缺陷而使其应用受到限制。如人工机械打捞在实施过程需要较多的人力和物力，成本较高，只能作为水华爆发时的应急措施。超声波法在破碎细胞的同时会使得藻细胞内容物外泄，且适用范围较小。生物除藻法一般处理周期较长，效果较不稳定，且后续处理较为复杂，存在加重破坏生态系统的风险。因此，如何有效地控制有害藻华成为目前环境领域研究重点。

近年来，半导体光催化技术由于其能够高效地活化地球上最绿色的氧化剂-分子氧从而有效地利用太阳能的优势，引起了广泛的关注。其中，将光催化技术应用于纳米光催化剂，因其光催化活性高、环境友好、成本低及无毒等优势，为解决有害藻华问题提供新思路。纳米光催化剂可以在光下激活生成活性氧(ROS)损坏藻类细胞壁及细胞膜，使得藻细胞遭到破坏，此外，ROS还能够破坏藻类的光合系统和抗氧化系统，进一步抑制藻类的活性并降解相应的微囊藻毒素。但目前ROS在光催化反应过程中的演化效率较低，导致光催化应用实际水体中的藻类去除时仍然受到限制。ROS的演化效率较低主要由于以下原因，一方面，催化剂对O₂的特异性吸附较差，此外电子从催化剂到O₂的电子转移效率较低，导致参与氧活化的有效电子数量较少。另一方面，光生空穴和电子复合快，光生电子寿命短等问题严重地制约着在实际水体中的应用。在增强光催化O₂活化方面，氧空位起着至关重要的作用，这是由于构建氧空位为O₂的化学吸附提供了具有低价金属的配位不饱和位点，并建立一个有效的电子传递通道，从而促进O₂的活化。此外，与大体积材料相比，超薄二维材料更容易暴露更多地氧空位，这减少了光生电子的迁移距离，从而提高了电子的转移能力。但氧空位可能作为电荷重组中心，在这种情况下，即使通道仍然存在，从光催化剂到O₂的电子数量也会减少，从而导致较差的O₂活化。因此，为了实现高效的光催化O₂活化，迫切需要有效的策略解决电子短缺的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种去除水体中藻类的氧化铋与铌酸铋复合材料的制备方法，该制备方法工艺简单，条件温和，制备得到的氧化铋与铌酸铋复合材料作为光催化剂不但活性高且稳定性高。

本发明的另一目的是提供上述制备方法获得的氧化铋与铌酸铋复合材料，该氧化铋与铌酸铋复合材料能够显著提高光催化剂对可见光的利用能力，加速了层间界面电荷分离和转移，抑制了电子空穴对的重组，从而极大提高了光催化能力，实现对有害藻华的有效去除。

本发明的另一目的是提供上述氧化铋与铌酸铋复合材料在去除水体中藻类中的应用，该氧化铋与铌酸铋复合材料能够缓解实际水体中蓝藻水华的问题。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。

一种去除水体中藻类的氧化铋与铌酸铋复合材料的制备方法，包括以下步骤：