一种Fe(II)和或Cu(II)改性光催化材料的制备方法及其应用技术

一种Fe(II)和或Cu(II)改性光催化材料的制备方法及其应用，本发明专利技术将二价铁和二价铜掺杂进入BiOBr光催化材料中，构建双重氧化体系(光催化和类芬顿技术)，可通过金属的表面等离子共振效应，极大地提高光催化效率，并能增大催化材料的比表面积，增强其吸附性能；该制备方法简单、操作方便、原料易得、生产加工成本低，制备的Fe(II)和或Cu(II)改性光催化材料可以强化激素、化妆品、农药等难降解有机污染物在降解方面的应用。

Preparation and Application of a Fe(II) and or Cu(II) Modified Photocatalytic Material

A preparation method of Fe(II) and or Cu(II) modified photocatalytic material and its application. The method incorporates Fe(II) and Cu(II) into BiOBr photocatalytic material and constructs a double oxidation system (photocatalysis and Fenton-like technology). The photocatalytic efficiency can be greatly improved by the surface plasmon resonance effect of metal, and the specific surface area of the catalytic material can be increased to enhance its adsorption performance. The preparation method is simple, easy to operate, easy to obtain raw materials and low cost of production and processing. The prepared Fe (II) and or Cu (II) modified photocatalytic materials can enhance the application of refractory organic pollutants such as hormones, cosmetics and pesticides in degradation.

【技术实现步骤摘要】
一种Fe(II)和或Cu(II)改性光催化材料的制备方法及其应用
本专利技术涉及光催化材料领域，尤其涉及一种Fe(II)和或Cu(II)改性光催化材料的制备方法及其应用。
技术介绍
随着全球化工行业的迅速发展，污染物排放增多，环境污染已受到严重威胁。在众多的污染治理技术中，光催化技术以其环境友好型以及可实现深度治理的特点，受到了科研工作者的关注。光催化材料是指通过该材料、在光的作用下发生的光化学反应所需的一类半导体催化剂材料。通常，光催化过程中产生的空穴(h+)、羟基自由基(·OH)和超氧自由基(·O2-)有强氧化能力，能够与污染物发生氧化还原反应，实现污染物分子的完全降解，并最终分解为CO2、H2O和无毒的无机物等。可见光光催化技术因具有反应条件温和、能耗低、操作简便以及可利用太阳光作为反应光源等特点，在环境污染治理和能源开发方面发挥着越来越重要的作用。可见光催化技术的关键在于新型可见光催化剂的制备及其改性，传统的可见光催化剂存在效率低且回收利用相对较难等缺点，如何提高可见光催化剂的效率，实现其可持续循环利用成为国内外光催化领域的研究热点。世界上能作为光催化材料的有很多，包括二氧化钛、氧化锌、氧化锡、二氧化锆、硫化镉等多种氧化物硫化物半导体，其中二氧化钛(TitaniumDioxide)因其氧化能力强，化学性质稳定无毒，成为世界上最当红的纳米光触媒材料。二氧化钛半导体材料是研究最早最传统的光催化材料，但是，二氧化钛半导体材料存在许多缺陷，所以，能充分利用太阳能的新型铋系光催化材料备受研究者的关注，在处理环境污染方面具有潜在应用价值。铋系光催化材料，由于具有良好的紫外光和可见光光催化活性、独特的层状结构以及高的光稳定性，越来越受到人们的关注。而卤氧化铋BiOX(X＝Cl、Br、I)也是一种高效的光催化剂，其中的BiOBr因其较窄的禁带宽度，特殊的电子结构、优良的光电性能以及可见光催化能力较强等备受青睐。虽然BiOBr具有良好光催化活性，但为充分实现其在实际应用中的价值，必须进一步提高BiOBr的光催化活性。
技术实现思路
针对上述技术中存在的不足之处，本专利技术的目的是提供一种Fe(II)和或Cu(II)改性光催化材料的制备方法及其应用，该方法将二价铁和二价铜掺杂进入BiOBr光催化材料中，构建双重氧化体系(光催化和类芬顿技术)，可通过金属的表面等离子共振效应，极大地提高光催化效率，并能增大催化材料的比表面积，增强其吸附性能。本专利技术的另一个目的是提供一种Fe(II)和或Cu(II)改性光催化材料的制备方法及其应用，该制备方法简单、操作方便、原料易得、生产加工成本低，用于降解水中的新兴污染物，在实际工作中能得到广泛的应用。为实现上述目的，本专利技术是这样实现的：一种Fe(II)和或Cu(II)改性光催化材料的制备方法，其包括以溴化物、五水合硝酸铋、亚铁盐和或铜盐为原料，以乙二醇为溶剂，采用水热共沉淀法制备Fe(II)和或Cu(II)改性光催化材料。进一步，其包括以下步骤：S1、将亚铁盐、铜盐与五水合硝酸铋加入含体积分数为10％冰醋酸的乙二醇中，搅拌至充分溶解，配制成溶液；S2、向步骤S1中制得的溶液添加溴化钾溶液；S3、将步骤S2中制得溶液加热并使其在高温下反应，其中反应温度为150-180℃，反应时间为10-15h；S4、反应结束后，将反应产物冷却、冷冻并干燥，得到所需的Fe(II)和或Cu(II)改性光催化剂。进一步，在步骤S1中，亚铁盐、铜盐与五水合硝酸铋的加入量之间的摩尔比为Fe(II):Cu(II):Bi(Ⅲ)＝0.25:0:1～0:0.25:1，其中每1mol铋元素对应加入20-100ml含体积分数为10％冰醋酸的乙二醇。乙二醇只是作为溶剂使用，铜、铁元素的总加入量是铋元素加入量的0.25倍，优选为Fe(II):Cu(II):Bi(Ⅲ)＝0.24:0.01:1～0.20:0.05:1。进一步，在步骤S2中，溴化钾溶液中的溶剂为乙二醇，且每1mol铋元素对应加入1mol溴元素。溴化钾的加入量只与铋元素的加入量有关，当铋元素的加入量为定值时，所述溴化钾的加入量也是定值，且溴元素的加入量可以稍微过量，有利于反应的完成。具体的，所述溴化钾溶液可用其他溴化物溶液代替，但其效果没有溴化钾的效果好，其中，溴化钾在乙二醇中的含量优选为0.1mol/L。进一步，在步骤S1中，亚铁盐为氯化亚铁，铜盐为硝酸铜或氯化铜。进一步，步骤S1-S4均在氩气、氮气或氦气保护下完成。本专利技术制备的Fe(II)和或Cu(II)改性光催化材料可以在可见光催化处理水中污染物领域中应用。进一步，本专利技术制备的Fe(II)和或Cu(II)改性光催化材料可以强化激素、化妆品、农药等难降解有机污染物在降解方面的应用。进一步，所述Fe(II)和或Cu(II)改性光催化材料与双氧水配合使用，其中双氧水浓度为1mmol/L，pH为3-7。进一步，所述Fe(II)和或Cu(II)改性光催化材料呈球状，粒径为2-4μm，比表面积为10-20g/m2，孔径为8-12nm，孔容量为0.025-0.060cm3/g，能带间隙为2.60-2.90eV。本专利技术的优势在于，本专利技术将二价铁和二价铜掺杂进入BiOBr光催化材料中，构建双重氧化体系(光催化和类芬顿技术)，可通过金属的表面等离子共振效应，极大地提高光催化效率，并能增大催化材料的比表面积，增强其吸附性能；该制备方法简单、操作方便、原料易得、生产加工成本低，制备的Fe(II)和或Cu(II)改性光催化材料可以强化激素、化妆品、农药等难降解有机污染物在降解方面的应用。附图说明图1为本专利技术的制备方法示意图。图2为实施例一～实施例六所制备的产品的XRD图谱。图3为不同光催化剂对卡马西平(CBZ)的降解随光照时间的变化曲线图。图4为不同CBZ浓度时，0.02-FCB对卡马西平(CBZ)的降解随光照时间的变化曲线图。图5为图4中不同CBZ浓度时0.02-FCB对卡马西平(CBZ)降解的二级动力学反应常数的曲线图。图6为在不同双氧水浓度条件下，0.02-FCB对卡马西平(CBZ)的降解随光照时间的变化曲线图。图7为图6中在不同双氧水浓度条件下，0.02-FCB对卡马西平(CBZ)的降解的二级动力学反应速率常数的曲线图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例一：在氩气的保护下，将含0.24molFe(II)的氯化亚铁、含0.01molCu(II)的氯化铜和含1molBi(Ⅲ)的五水合硝酸铋(Fe(II):Cu(II):Bi(Ⅲ)＝0.24:0.01:1)，溶于50ml含体积分数为10％冰醋酸的乙二醇中，搅拌至充分溶解，配制成溶液；并向上述溶液中加入含有0.1mol/L溴化钾的乙二醇溶液，其中溴元素的加入量为1mol；将上述溶液置于160℃下反应12h后冷冻并干燥。制得的样品用x-FCB表示，其中x为Cu(II)与Bi(Ⅲ)进料的摩尔比，F代表铁元素，C代表铜元素，B代表铋元素。在本实施例中x为0.01，即本实施例制得的产品表示为0.01-FCB。实施例二：将进料量改为含0.23本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Fe(II)和或Cu(II)改性光催化材料的制备方法，其特征在于其包括以溴化物、五水合硝酸铋、亚铁盐和或铜盐为原料，以乙二醇为溶剂，采用水热共沉淀法制备Fe(II)和或Cu(II)改性光催化材料。

【技术特征摘要】
1.一种Fe(II)和或Cu(II)改性光催化材料的制备方法，其特征在于其包括以溴化物、五水合硝酸铋、亚铁盐和或铜盐为原料，以乙二醇为溶剂，采用水热共沉淀法制备Fe(II)和或Cu(II)改性光催化材料。2.根据权利要求1所述的一种Fe(II)和或Cu(II)改性光催化材料的制备方法，其特征在于其包括以下步骤：S1、将亚铁盐、铜盐与五水合硝酸铋加入含体积分数为10％冰醋酸的乙二醇中，搅拌至充分溶解，配制成溶液；S2、向步骤S1中制得的溶液添加溴化钾溶液；S3、将步骤S2中制得溶液加热并使其在高温下反应，其中反应温度为150-180℃，反应时间为10-15h；S4、反应结束后，将反应产物冷却、冷冻并干燥，得到所需的Fe(II)和或Cu(II)改性光催化剂。3.根据权利要求2所述的一种Fe(II)和或Cu(II)改性光催化材料的制备方法，其特征在于在步骤S1中，亚铁盐、铜盐与五水合硝酸铋的加入量之间的摩尔比为Fe(II):Cu(II):Bi(Ⅲ)＝0.25:0:1～0:0.25:1，其中每1mol铋元素对应加入20-100ml含体积分数为10％冰醋酸的乙二醇。4.根据权利要求2所述的一种Fe(II)和或Cu(II)改性光催化材料的制备方法，其特征在于在步骤S2中，溴化钾溶液中的溶剂为乙二醇，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文涛，钟润生，欧阳帆，郭建宁，
申请(专利权)人：深圳信息职业技术学院，
类型：发明
国别省市：广东,44