BiOCl/TiO2/海泡石光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有优良可见光响应的BiOCl/TiO2/海泡石复合材料及制备方法。该复合材料以纤维状海泡石为载体，TiOSO4为钛源，Bi(NO3)3·5H2O为铋源，常温下，先采用两步沉淀法制得其前驱体，再通过煅烧晶化法实现BiOCl/TiO2异质结的构建，具有工艺条件温和、流程简单、操作方便以及生产成本低等优点，容易实现工业化生产；本发明专利技术方法制备的可见光响应的BiOCl/TiO2/海泡石复合材料的禁带宽度为2.4～3.0eV，BiOCl/TiO2异质结结构可有效地抑制光生电子和空穴的复合，可见光下具有良好的光催化活性，在环境治理领域具有显著的应用价值。

BiOCl/titanium dioxide/sepiolite photocatalyst and its preparation method

The invention discloses a BiOCl/titanium dioxide/sepiolite composite material with excellent visible light response and a preparation method thereof. The composite material takes fibrous sepiolite as carrier, titanium SO4 as titanium source, Bi(NO3)3.5H_2O as bismuth source. At room temperature, its precursor is first prepared by two-step precipitation method, and then the construction of BiOCl/titanium dioxide heterojunction is realized by calcination crystallization method. It has the advantages of mild process conditions, simple process, convenient operation and low production cost, and is easy to realize industrial production. The band gap of BiOCl/titanium dioxide/sepiolite composites with visible light response is 2.4-3.0eV. BiOCl/titanium dioxide heterojunction structure can effectively inhibit the combination of photogenerated electrons and holes. It has good photocatalytic activity under visible light, and has significant application value in the field of environmental governance.

【技术实现步骤摘要】
BiOCl/TiO2/海泡石光催化剂及其制备方法
本专利技术涉及一种具有优良可见光响应的BiOCl/TiO2/海泡石光催化剂及其制备方法，属于非金属矿深加工材料和光催化
，产品主要用于环境污染物处理等相关领域。
技术介绍
随着工业、经济的飞速发展，环境污染问题日益加剧，尤其染料废水、重金属污水、含酚废水造成的水污染问题以及甲苯、苯、甲醛等造成的的室内空气污染问题最为突出，严重威胁到人类和其他生物的生命安全。而光催化降解技术以其高效、绿色、环保等优势逐渐被人们公认为是一种能够高效地治理这些环境问题的新型绿色环保技术。在众多光催化剂中，TiO2由于具有氧化能力强、化学性能稳定、价格低廉等优点，可以将有机污染物降解为CO2、水等无机小分子，将重金属离子还原为无毒害的低价离子，降解汽车尾气，也可以消毒杀菌，已经在环保、催化剂、涂料等领域被广泛应用,所以被认为是最具有实用前景的光催化剂；而且光催化反应在太阳能转换和环境净化方面具有巨大的应用价值,近年来受到了广泛的关注。但是,TiO2作为一种n型半导体,其较大的能带隙使得只有紫外光才能有效地激发其价带电子跃迁到导带,所以对太阳能的利用率仅为3％-5％,这制约了该项技术的实际应用。因此，研发一种能够扩展TiO2的响应波长来充分利用太阳光的改性技术已经成为TiO2光催化
的一大热点且具有重要的理论和实际应用价值。近年来，在众多扩展TiO2响应波长的技术手段，如离子掺杂、贵金属沉积、半导体复合等中，半导体复合技术已被证实是一种最有效的技术手段。两种半导体耦合可以形成一种异质结结构，利用两种半导体能级结构的互补性，达到促进光生电子和空穴对分离、转移和传递的目的，从而有效地抑制光生电子和空穴的复合，显著提高某一半导体的可见光的光催化效率，此外，还可能增加半导体光催化剂的稳定性。近年来，TiO2/g-C3N4,BiOCl/KBiO3等异质结相继出现，引起广大研究学者对这种半导体复合方法的重点关注。经研究证实BiOCl半导体材料可表现出独特的层状结构、电子特性、光学性质以及良好的光催化活性和稳定性，深受光催化领域国内外科学家的关注。但其仍然存在单独使用时可见光响应低等缺点，因此，本专利技术通过一种条件温和(常温)、操作简单高效、生产成本低且可实现规模生产的两步沉淀法以及煅烧晶化法构建BiOCl/TiO2异质结结构，显著提高了单一半导体的可见光催化活性。另外，本专利技术还引进一种具有纤维状结构的海泡石作为复合半导体BiOCl/TiO2的载体，利用海泡石较强的吸附性能、热稳定性和化学稳定性以克服复合半导体独自在实际应用中普遍存在的分散性差和难以回收再利用等问题。目前，制备具有可见光响应的复合半导体BiOCl/TiO2的方法已有一些研究，但是均存在一些限制实际应用的问题。见以下参考文献：(1)专利技术专利“大比表面积核-壳TiO2-BiOCl异质结光催化剂及其制备方法”，申请号201210148399.9，申请人上海师范大学；这种方法中所用四氯化钛极易水解，而且高浓度的TiCl4在稀释时更会造成酸雾，不易操作，工业生产中上对设备腐蚀严重，另外所用的水热法在工业生产中存在对设备要求高，投入成本高以及较难控制复合半导体的粒径等问题，限制了规模化生产。(2)专利技术专利“在FTO上进行二氧化钛/氯氧化铋复合电极的合成方法”，申请号：201310551886.4，申请人江苏大学；这种方法中使用的钛酸四正丁酯有机钛源价格昂贵，有刺激性气味且微毒，水解条件不易控制，而且采用了水热合成，溶胶凝胶法和化学沉积法三种不同工序方可制成，工艺复杂，很难实现工业化生产；(3)专利技术专利“BiOCl-TiO2/硅藻土光催化剂及其制备方法”虽然公开了一种可以解决复合半导体在实际应用中难题的方法，但是在构建异质结的过程中依然采用了难以实现工业化生产且使用大量的有毒、价格昂贵的有机钛源和试剂作为原料的溶胶凝胶法，限制了该方法的广泛推广。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的缺点，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种可见光催化性能优良的以海泡石为载体的BiOCl/TiO2/海泡石复合材料，以及一种适用于工业化生产的所述产品的制备方法。为此，本专利技术提供了一种以海泡石为载体且具有较强可见光响应的BiOCl/TiO2/海泡石复合材料的制备方法，其中所述海泡石为纤维状富镁粘土矿物，密度为2.03g/cm3；所述复合半导体中纳米TiO2颗粒平均晶粒尺寸为5-20nm，晶型为锐钛矿；所述复合半导体中BiOCl为片状结构，平均晶粒尺寸为10-30nm,且均小于纯的纳米TiO2和BiOCl平均晶粒尺寸，所述复合半导体催化剂禁带宽度为2.4～3.0eV。本专利技术首先利用了海泡石较大的比表面积和独特的内部孔道结构特点，具有极强的吸附、分散以及极高的热稳定性等优点，很好的解决了在实际应用过程中悬浮态的复合半导体难以回收、易团聚等缺点，另外，本专利技术采用条件温和的两步沉淀法和煅烧晶化法实现了复合半导体BiOCl/TiO2颗粒在海泡石表面的紧密结合以及BiOCl/TiO2异质结的构建。这样使得在光催化反应过程中生成的光生电子-空穴对碰撞复合的几率大大降低，使更多的光生电子-空穴对迁移到纳米复合半导体BiOCl/TiO2颗粒表面参与氧化还原反应；而且通过半导体的复合不仅扩展了单一半导体的响应波长，而且能够相互抑制其晶粒生长，使得异质结中各半导体的晶粒尺寸均小于单一半导体尺寸，使得产品具有较高的可见光催化活性，从而使得复合材料可以在太阳光下得到很好的实际应用价值。另外，本专利技术中所述BiOCl/TiO2异质结负载量为海泡石质量的25％～145％，BiOCl与TiO2的质量比为(0.1～1)：1。由于本专利技术实现了BiOCl/TiO2/海泡石复合材料可见光催化活性的最佳效果，也就是BiOCl/TiO2异质结与海泡石的用量比例和BiOCl与TiO2的用量比例均达到最佳，从而在制备过程中可以有效控制原料的投料，避免原料的浪费，并保障产品质量的稳定。本专利技术进一步提供了一种制备所述产品的方法，以TiOSO4为钛源，氨水为沉淀剂，海泡石为载体，采用水解沉淀法制得纳米TiO2/海泡石前驱体，再以Bi(NO3)3·5H2O为铋源，氯化钾(KCl)或氯化钠(NaCl)作为氯源，去离子水、乙二醇溶液或丙三醇溶液作为溶剂，常温下反应即可制得BiOCl/TiO2/海泡石复合材料的前驱体，最后通过煅烧晶化反应便可制得具有较高可见光响应的BiOCl/TiO2/海泡石复合半导体材料；本专利技术所述的制备方法中，除了煅烧晶化过程之外的其他工艺条件均在常温下进行，具有工艺条件温和、流程简单、操作方便以及生产成本低等优点，可以很好的实现工业化生产，本专利技术所述的制备方法以及制备所得的BiOCl/TiO2/海泡石复合材料均可被广泛的推广和应用在环境治理领域，具有很好的应用潜力和实用价值。本专利技术可见光响应的BiOCl/TiO2/海泡石复合材料的制备方法包括下列工艺步骤：(1)配制浓度为0.5～2.5mol/L的TiOSO4溶液；(2)按固液比1:(15～45)(固体质量：液体体积，固体质量单位g，液体体积单位ml)将海泡石与蒸馏水混合且搅拌15min，得到混合液A；(3)将硫酸氧钛溶液通过蠕动泵加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.BiOCl/TiO2/海泡石光催化剂，其特征是：所述海泡石为纤维状结构；所述复合半导体中纳米TiO2颗粒平均晶粒尺寸为5～20nm，晶型为锐钛矿；所述复合半导体中BiOCl为片状结构，平均晶粒尺寸为10～30nm，所述BiOCl/TiO2复合半导体负载量为海泡石质量的25％～145％，BiOCl与TiO2的质量比为(0.1～1)：1；所述复合半导体催化剂禁带宽度为2.4～3.0eV；所述的BiOCl/TiO2异质结结构可有效地抑制光生电子和空穴的复合并具有较强的可见光催化性能。

【技术特征摘要】
1.BiOCl/TiO2/海泡石光催化剂，其特征是：所述海泡石为纤维状结构；所述复合半导体中纳米TiO2颗粒平均晶粒尺寸为5～20nm，晶型为锐钛矿；所述复合半导体中BiOCl为片状结构，平均晶粒尺寸为10～30nm，所述BiOCl/TiO2复合半导体负载量为海泡石质量的25％～145％，BiOCl与TiO2的质量比为(0.1～1)：1；所述复合半导体催化剂禁带宽度为2.4～3.0eV；所述的BiOCl/TiO2异质结结构可有效地抑制光生电子和空穴的复合并具有较强的可见光催化性能。2.一种制备权利要求1所述的BiOCl/TiO2/海泡石光催化剂的方法，以TiOSO4为钛源，氨水为沉淀剂，海泡石为载体，先采用水解沉淀法制得纳米TiO2/海泡石前驱体，再以Bi(NO3)3·5H2O为铋源，氯化钾(KCl)或氯化钠(NaCl)作为氯源，去离子水、乙二醇溶液或丙三醇溶液作为溶剂，常温下反应制得BiOCl/TiO2/海泡石复合材料的前驱体，最后通过煅烧晶化反应制得具有可见光响应的BiOCl/TiO2/海泡石复合半导体材料，包括下列工艺步骤：(1)配制浓度为0.5～2...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙志明，郑水林，胡小龙，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11