[发明专利]一种高效光催化剂莫来石型锰酸铋及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高效光催化剂莫来石型锰酸铋及其制备方法和应用，其制备方法包括：将锰源和铋源加入到乙二醇中搅拌得到混合溶液，加入聚乙烯吡咯烷酮和尿素并混匀，随后再加入去离子水并混匀，置于高压釜中密封后在175‑200℃下反应10‑15h，收集沉淀并洗涤干燥即得。本发明提供了一步水热法制备莫来石型锰酸铋的过程，工艺简单且无毒害排放；所制得的Bisubgt;2/subgt;Mnsubgt;4/subgt;Osubgt;10/subgt;的形貌类球形，纯净度高，且颗粒粒径在50‑85nm之间；将所制得的Bisubgt;2/subgt;Mnsubgt;4/subgt;Osubgt;10/subgt;加入到含有有机污染物的待处理污水中，光照降解3h后降解率最高达到88％，且其循环使用4次后的降解率下降低于10％，适合产业应用。

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，尤其涉及一种高效光催化剂莫来石型锰酸铋及其制备方法和应用。

背景技术

随着工业化的发展，大量的合成化学品用于工业生产和日常生活，并随着不达标废水的排放进入水体；而这些有机合成品，大多难以降解，且部分具有毒性，容易在食物链中富集，而危害生物安全，人们在积极寻找一种绿色高效无残留的方法去除污水中的有机物；光催化是一种新型绿色污水处理技术，具体为当光照射到光催化材料表面时，会产生光生空穴和羟基等活性物种，吸附在其表面的物质则被还原或氧化，光催化技术的核心在于高可见光响应和低光生载流子复合率的光催化材料，提高催化效率，寻找光催化效率高且能反复使用以节约成本的光催化剂是本领域的研究热点，莫来石型锰酸铋在含有机物污水处理领域具有很大的应用潜力。

莫来石型锰酸铋(Bi₂Mn₄O₁₀)属于多铁性材料，受到分子结构中高度极化的Bi³⁺影响，其在低温下表现反铁磁性，在室温下具有介电和铁电有序特性；Bi₂Mn₄O₁₀在有机物污水光催化、数据存储、换能器、致动器、外墙涂料、锂离子电池等方面都具有潜在的应用价值；Bi₂Mn₄O₁₀的制备方法包括水热合成法、凝胶溶胶法和球磨煅烧法等，但以上制备方法往往存在流程复杂、条件严苛、纯净度低等问题，甚至有的会在制备过程中产生一氧化氮等有毒气体，妨碍了大规模工业化制备的实现。

现有论文：Micro/nanostructured Bi₂Mn₄O₁₀ with hyerarchiacal spindlemorphology as a highly efficient anode material for lithium-ion batteries公开了一种用于锂电池材料的锰酸铋，采用铋盐、锰盐和高锰酸钾混合，加入强碱，置于反应釜中180℃反应数小时得到锰酸铋，该方法用溶剂热法较之前的制备方法有较大的简化，但其采用强氧化性的高锰酸钾作为锰源，甲醚作为溶剂，在高温密闭条件下有爆炸等安全隐患，且采用该锰酸铋无法得到较好的光催化效率。

发明内容

为了制造出符合高效光催化剂要求的类球形且粒径分布窄的莫来石型锰酸铋，本发明提供一种高效光催化剂莫来石型锰酸铋，具有形貌为类球形且粒径分布窄且光催化效率高的优点；本发明还提供一种高效光催化剂莫来石型锰酸铋的制备方法，制备出的莫来石型锰酸铋具有形貌为类球形且粒径分布窄且光催化效率高的优点；本发明还提供一种高效光催化剂莫来石型锰酸铋的应用，莫来石型锰酸铋投入到有机污染物废水中时具有光催化降解有机污染物效率高的优点。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种高效光催化剂莫来石型锰酸铋的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：