BiOBr‑BiOI‑Fe3O4可见光响应的磁性光催化材料及其制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及一种BiOBr‑BiOI‑Fe3O4可见光响应的磁性光催化材料及其制备方法和用途，属于环境工程应用和材料科学领域，利用共沉淀法将半导体材料BiOI/BiOBr和磁性材料Fe3O4进行复合，得到一种可见光响应的磁性光催化剂。该材料在可见光照射下能有效地降解环境中的内分泌干扰物‑四溴双酚A，并在外加磁场的作用下可实现高效回收和重复循环使用，降低了催化剂的使用成本，为环境中内分泌干扰物的去除提供了新的光催化材料，在环境净化和污水处理方面有较好的应用前景，且合成方法简单、可操作性强，便于进一步大规模的工业生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种BiOBr-BiOI-Fe3O4可见光响应的磁性光催化材料及其制备方法和用途，属于环境工程应用和材料科学领域。
技术介绍
自20世纪90年代起，环境中内分泌干扰物的影响已经成为各国研究的一个热点。如何消除环境水体中的四溴双酚A的污染是成为目前亟待解决的关键问题之一。以纳米材料为代表的多相催化高级氧化技术由于其降解速度快、应用范围广等特点在环境治理和能源开发方面发挥日益重要的作用，研发能够有效利用太阳能实现环境中四溴双酚A降解的可见光催化材料也已成为人们研究的热点。BiOI属于V-VI-VII族的三元化合物，是近年来新研究的一种可见光响应的半导体光催化材料，它具有良好的导电性，光学和荧光性能，在BiOX(X＝F，Cl，Bi，I)家族中，BiOI的禁带宽度最小，有利于可见光下光电子的激发，在可见光下对四溴双酚A、罗丹明B等都具有良好的光催化降解效果。现有技术中已有有关BiOBr的复合光催化材料见诸于报道，例如：CN102068998A的专利申请报道了一种BiOBr/BiOCl的复合光催化剂及其制备方法，该工艺以BiCl3和BiBr3为原料，通过水解、沉淀、固液分离和干燥等步骤制备得到BiOBr/BiOCl复合光催化剂，实现了水中有机物的降解，特别适合于水中微量有毒有害难降解有机物的处理。在BiOBr/BiOCl降解水体内分泌干扰物的研究中，催化剂多以粉末形式悬浮在水中进行光催化反应。悬浮态的颗粒虽然可以通过离心或过滤进行分离，但是耗时耗力，成本增加，限制了其工业化应用。因此近年来出现了采用超顺磁性和耐腐蚀性的铁氧化物作为载体，研制的磁性易分离的三元复合光催化剂，不仅保持了较高的光催化活性，还可以在外加磁场的条件下实现催化剂与反应体系的较好分离，实现催化剂循环再利用，应用前景十分广阔。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种BiOBr-BiOI-Fe3O4可见光响应的磁性光催化剂及其制备方法。本专利技术以Fe3O4作为磁性载体，选用共沉淀法合成磁性易分离的三元杂化可见光催化剂BiOBr-BiOI-Fe3O4，制备工艺简单，条件易于控制，成本低廉，且制得的异质结构的复合材料具有较高的可见光催化活性，较好的磁性可分离性和循环稳定性。具体技术方案为：BiOBr-BiOI-Fe3O4可见光响应的磁性光催化材料，其特征在于，由共沉淀法合成的BiOBr-BiOI-Fe3O4纳米复合材料、四方晶型的BiOI、BiOBr和立方相的Fe3O4组成。该BiOBr-BiOI-Fe3O4可见光响应的磁性光催化材料的制备方法，制备步骤为：(1)将2mmolBi(NO3)3·5H2O和2mmolFe3O4纳米粒子分散于100mL的水溶液中，剧烈搅拌的过程中加入5ml醋酸，随后将此溶液磁力搅拌30min；(2)称取30mL含有1-3mmol的KI、1-3mmol的NaBr和0.3g醋酸钠的水溶液，加入到步骤(1)的混合物中，继续磁力搅动2h，陈化1h；(3)将磁性分离得到的固体产物用去离子水和乙醇洗5次，最后在真空60℃中干燥12小时，即得到磁性光催化材料。BiOBr-BiOI-Fe3O4可见光响应的磁性光催化材料的用途，利用该磁性光催化材料在可见光照射下，降解内分泌干扰物-四溴双酚A溶液。本专利技术首次利用共沉淀法将半导体材料BiOI/BiOBr和磁性材料Fe3O4进行复合，得到一种可见光响应的磁性光催化剂。该材料在可见光照射下能有效地降解环境中的内分泌干扰物-四溴双酚A，并在外加磁场的作用下可实现高效回收和重复循环使用，降低了催化剂的使用成本，为环境中内分泌干扰物的去除提供了新的光催化材料，在环境净化和污水处理方面有较好的应用前景，且合成方法简单、可操作性强，便于进一步大规模的工业生产。附图说明图1为实施例2所制备样品的XRD图谱；图2为实施例2所制备样品的场发射扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)图片；图3为实施例2所制备样品的紫外-可见吸收光谱；图4为实施例2制备的材料利用振动磁强计来考察样品的磁性能；图5为实施例2所制备样品对四溴双酚A的光催化降解效果与四溴双酚A自降解、不同组分BiOBr-BiOI-Fe3O4作用下的降解效果的比较图；图6.实施例2所制备样品循环进行六次循环实验对四溴双酚A的光催化降解效果图。具体实施方式实施例一将2mmolBi(NO3)3·5H2O和2mmolFe3O4分散于100mL的水溶液中，剧烈搅拌的过程中加入5ml醋酸，随后将此溶液磁力搅拌30min；称取30mL含有1mmolKI、3mmolNaBr和0.3g醋酸钠的水溶液中，继续磁力搅动2小时，陈化1小时；将磁性分离得到的固体产物用去离子水和乙醇洗3次，最后在真空60℃中干燥12小时，即得到BiOBr-BiOI-Fe3O4光催化材料。实施例二将2mmolBi(NO3)3·5H2O和1mmolFe3O4分散于100mL的水溶液中，剧烈搅拌的过程中加入5ml醋酸，随后将此溶液磁力搅拌30min；称取30mL含有2mmolKI、2mmolNaBr和0.3g醋酸钠的水溶液中，继续磁力搅动2小时，陈化1小时；将磁性分离得到的固体产物用去离子水和乙醇洗3次，最后在真空60℃中干燥12小时，即得到BiOBr-BiOI-Fe3O4光催化材料。制备所得的材料分别用XRD和SEM等手段对催化剂材料进行表征，结果见图1～图4。图1为实施例2所制备样品的XRD图谱，表明该合成材料为四方晶型的BiOI和立方相的Fe3O4。图2为实施例2所制备样品的场发射扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)图片，(a，b)为BiOBr-BiOI-Fe3O4复合材料的扫描电镜图，(c,d)为其透射电镜图。由图(b,d)可以看出BiOBr-BiOI-Fe3O4具有特殊的3D花状微球结构，粒径为1um左右，周围由许多粒径大小为20nm左右的Fe3O4纳米颗粒包覆。由此可知，该样品是由Fe3O4和BiOI、BiOBr组成。图3为实施例2所制备样品的紫外-可见吸收光谱，催化剂BiOBr-BiOI-Fe3O4的可见光吸收范围明显增加，吸收范围从433nm增加到了将近756nm，这一结果表明复合催化剂拥有更强的光催化活性。图4为实施例2制备的材料利用振动磁强计来考察样品的磁性能。实施例三将2mmolBi(NO3)3·5H2O和0.5mmolFe3O4分散于100mL的水溶液中，剧烈搅拌的过程中加入5ml醋酸，随后将此溶液磁力搅拌30min；称取30mL含有3mmolKI、1mmolNaBr和0.3g醋酸钠的水溶液中，继续磁力搅动2小时，陈化1小时；将磁性分离得到的固体产物用去离子水和乙醇洗3次，最后在真空60℃中干燥12小时，即得到BiOBr-BiOI-Fe3O4光催化材料。材料表征(1)采用X-射线衍射仪测定实施例1-3所制备的光催化材料，发现实施例1-3的材料属于相同类型，且均包含BiOI、BiOBr和Fe3O4。以实施例1为例，从图1的XRD图谱可看出，Fe3O4纳米材料在2θ＝29.6°、31.7°、45.5°具有特征吸收峰，通过与纯的JCPDS卡片对比，合成的到的Fe3O4纳米材料所有的衍射峰均能与标准卡片PDF#19-0629相吻合，说明成功合本文档来自技高网...

【技术保护点】
BiOBr‑BiOI‑Fe3O4可见光响应的磁性光催化材料，其特征在于，由共沉淀法合成的BiOBr‑BiOI‑Fe3O4纳米复合材料、四方晶型的BiOI、BiOBr和立方相的Fe3O4组成。

【技术特征摘要】
1.BiOBr-BiOI-Fe3O4可见光响应的磁性光催化材料，其特征在于，由共沉淀法合成的BiOBr-BiOI-Fe3O4纳米复合材料、四方晶型的BiOI、BiOBr和立方相的Fe3O4组成。2.根据权利要求1所述的BiOBr-BiOI-Fe3O4可见光响应的磁性光催化材料的制备方法，其特征在于，制备步骤为：(1)将2mmolBi(NO3)3·5H2O和2mmolFe3O4纳米粒子分散于100mL的水溶液中，剧烈搅拌的过程中加入5ml醋酸，随后将此...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐建，高生旺，郭昌胜，吕佳佩，侯嵩，万利，孙凌云，张远，
申请(专利权)人：中国环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11