一种可见光驱动的半导体光触媒、其制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种可见光驱动的半导体光触媒、其制备方法和应用，该制备方法包括以下步骤：（1）直接向a-Bi

Semiconductor photocatalyst driven by visible light, preparation method and application thereof

The invention discloses a semiconductor photocatalyst driven by visible light, a preparation method and an application thereof, and the preparation method comprises the following steps: (1) direct to the a-Bi;

【技术实现步骤摘要】
一种可见光驱动的半导体光触媒、其制备方法及其应用
本专利技术涉及一种可见光驱动的半导体光触媒、其制备方法及其应用。
技术介绍
现有半导体光触媒主要以TiO2为主。由于TiO2近代宽度较大（3.2ev），只有波长低于387nm的紫外光才能激发，即便是通过掺杂、贵金属沉积、负载等技术实现可见光响应，也只能在极其有限的氛围内利用太阳光，在太阳光驱动下几乎没有催化效果。若利用紫外光进行照射，会产生大量的O3，对人体有害，不适于室内、车载等密闭空间使用，也不适合大规模工业化生产。目前，大气污染、水污染已迫在眉睫，现有技术和政策多为在线监控、预测预防等，还没有有效的技术治理现有的水、气污染物，本专利技术有助于解决环境污染问题，推进生态文明建设。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题时提供一种可见光驱动的半导体光触媒、制备方法及其应用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种可见光驱动的半导体光触媒的制备方法，其特征在于，包括步骤：（1）直接向a-Bi2O3水浊液中滴加浓盐酸和FeCl3溶液，在0-100℃下密封加热搅拌一定时间；优选的加热温度为90℃，优选的加热搅拌时间为0.5-2h；更一步优选的加热搅拌时间是1h。（2）将步骤（1）中所得的混合物水洗除去多余H+，在一定温度下干燥一定时间后制得半导体光触媒Fe(III)-BiOCl/Bi2O3。作为优选地，水洗至少进行3次，优选的干燥温度为110℃，干燥时间为10h。优选地，步骤（1）之前还包括水热法制备a-Bi2O3原料，a-Bi2O3原料的制备步骤包括：称取一定量的Bi(NO3)3˙5H2O溶解于稀HNO3溶液中，滴加适量NaOH（1g/2ml）溶液至完全沉淀，加热，水洗三次，120℃干燥10h，在马弗炉中煅烧450℃5h制得a-Bi2O3。本专利技术还包括用上述方法获得的半导体光触媒产品，该半导体光触媒是在a-Bi2O3体相上产生BiOCl并负载Fe(III)形成的Fe(III)-BiOCl/Bi2O3，及该产品在去除污水中有机污染物及重金属离子、去除空气中有害气体、玻璃制品的防雾、及玻璃或建筑物表面自清洁中的应用。与现有技术相比，本专利技术达到的有益效果是：（1）本专利技术方法简单，重复性强，且所用材料均为无机化合物，廉价易得，可实现规模化生产；（2）本专利技术所得光触媒是在a-Bi2O3体相上生成BiOCl并负载Fe(III)，区别于传统的物理技术（机械的将两种光触媒通过物理方法放在一起），有利于光生电子和光生空穴的转移和分离，拓宽可见光相应范围至650nm，大大提高光催化活性；（3）可见光（650nm）照射下，Fe(III)-BiOCl/Bi2O3半导体光触媒在降解有机染料、工业废水、生活污水及挥发性气体（甲醛、苯、氮氧化物等）等方面，效果显著；具体地，在可见光驱动下，该光触媒能够高效降解液体中高浓度有机污染物（氮氧化物、烷烃、芳香烃等），适用于江河污水、湖泊藻类、工业（印刷、印染、纺织、电镀重金属离子、生物医药、石油化工等）污水、生活（氮磷化合物、农药化肥、细菌等）污水等领域；快速清除挥发性异味或有毒气体（甲醛、芳香烃、SO2、CO、氮氧化物等），适用于新装修房间、冰箱、汽车内部、教室、办公、娱乐等场所；将此种光触媒均匀喷在玻璃上，能够预防玻璃预冷生成雾气而模糊不清，适用于眼睛镜片、汽车玻璃及后视镜、浴池玻璃及其他玻璃制品；具有杀菌消毒功效，预防动植物及人类流行性疾病传播；鉴于自清洁作用，可将此光触媒均匀涂在高楼玻璃及外部建筑上，无需清洁工人高空作业清洁污渍；（4）激发光响应范围拓宽至650nm，依然具有良好的光催化活性，可利用多种光源：可见光（太阳光、漫反射光、日光灯）、紫外光等；（5）光催化活性高：均使用100mg光触媒降解100ml的罗丹明b溶液，本专利技术在300w波长大于650nm氙灯照射下，5min即可降解完全；而公开（公告）号CN104525225A所专利技术的氯氧铋/氧化铋光触媒，需要可见光（波长大于420nm）光照30min才能降解完全。附图说明图1是实施例1中样品所用原料及所制得光触媒样品的X射线衍射图；图2是实施例1中所述a-Bi2O3的扫描电镜图；图3是图1中所制得的光触媒样品的扫描电镜图；图4是实施例1所制得的光触媒光降解罗丹明b的降解图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。本专利技术所涉及的化学药品均可通过商业手段购买得到，其中，Bi(NO3)3˙5H2O、NaOH、稀HNO3（1.6mol/L）、浓盐酸（12mol/L），FeCl3˙6H2O均为分析纯。实施例1a）水热法制备原材料a-Bi2O3：称取21.56gBi(NO3)3˙5H2O溶解于稀HNO3溶液中，滴加适量NaOH（1g/2ml）溶液至完全沉淀，加热85℃2h，水洗三次，120℃干燥10h，在马弗炉中煅烧450℃5h制得a--Bi2O3。b）水热法制备半导体Fe(III)-BiOCl/Bi2O3：直接向1ga--Bi2O3水浊液滴加浓盐酸0.8ml和含0.01gFe3+的FeCl3水溶液，密封加热90℃搅拌1h，样品颜色有淡黄色逐渐变为红棕色，水洗三次去除多余的H+，110℃干燥10h，制得半导体光触媒Fe(III)-BiOCl/Bi2O3。对实施例1所制得的半导体光触媒进行效果检测：如图1所示，通过对比得知，Fe(III)-BiOCl/Bi2O3的X射线衍射图介于BiOCl和Bi2O3的X射线衍射图之间。通过对比图2与图3发现，图3表面“粗糙”成分为BiOCl，说明BiOCl是在a-Bi2O3体相表面形成的，彼此接触紧密。如图4所示，分别称取100mgFe(III)-BiOCl/Bi2O3和100ml罗丹明b溶液，黑暗搅拌1h达到吸附平衡，经300w氙灯(CHF-XM150,Trusttech)，滤光片λ>650nm的光照，5min可将罗丹明b降解完全。表1是本专利技术样品降解甲醛测试例，对照组及实验组分别放置与1m3密闭玻璃容器，容器底部均匀铺盖1g样品，1mg/m3的甲醛经300W氙灯(CHF-XM150,Trusttech)，滤光片λ>650nm，光照1h即可达到《居室空气中甲醛的卫生标准》，居民空气甲醛含量不超过0.08mg/m3。对照组是未放本专利技术制备的Fe(III)-BiOCl/Bi2O3光触媒，其余与实验组相同。表1是实施例1中实验组和对照组降解甲醛测试结果；表2是本专利技术样品除去大肠杆菌测试例，对照组及实验组分别放置与1m3密闭玻璃容器，容器底部均匀铺盖1g样品，300W氙灯(CHF-XM150,Trusttech)，滤光片λ>650nm，除菌率达99%以上。表2是本专利技术样品杀死大肠杆菌测试例；对照组是未放本专利技术制备的Fe(III)-BiOCl/Bi2O3光触媒，其余与实验组相同。实施例2：a）水热法制备原材料a--Bi2O3：称取21.56gBi(NO3)3·5H2O溶解于稀HNO3溶液中，滴加适量NaOH（1g/2ml）溶液至完全沉淀，加热85℃2h，水洗三次，120℃干燥10h，在马弗炉中煅烧450℃5h制得a-Bi2O3。b）水热法制备半导体F本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可见光驱动的半导体光触媒的制备方法，其特征在于，包括步骤：（1）直接向a‑Bi

【技术特征摘要】
1.一种可见光驱动的半导体光触媒的制备方法，其特征在于，包括步骤：（1）直接向a-Bi2O3水浊液中滴加浓盐酸和FeCl3溶液，在0-100℃下密封加热搅拌一定时间；（2）将步骤（1）中所得的混合物水洗除去多余H+，在一定温度下干燥一定时间后制得半导体光触媒Fe(III)-BiOCl/Bi2O3。2.根据权利要求1所述的一种可见光驱动的半导体光触媒的制备方法，其特征在于，所述加热搅拌时间为0.5-2h。3.根据权利要求1或2所述的一种可见光驱动的半导体光触媒的制备方法，其特征在于，所述加热温度为90℃。4.根据权利要求1所述的一种可见光驱动的半导体光触媒的制备方法，其特征在于，所述水洗的次数至少是3次。5.根据权利要求1所述的一种可见光驱动的半导体光触媒的制备方法，其特征在于，干燥温度为110℃，干燥时间为10h...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙文彬，张惠玉，
申请(专利权)人：孙文彬，
类型：发明
国别省市：北京,11