一种聚苯乙烯/碘氧化铋/二氧化钛复合光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚苯乙烯/碘氧化铋/二氧化钛复合光催化剂及其制备方法，采用聚苯乙烯小球为载体，通过第一步水热法将碘氧化铋附着在聚苯乙烯小球表面；待聚苯乙烯/碘氧化铋小球烘干后，再通过第二步水热法实现二氧化钛在聚苯乙烯/碘氧化铋小球表面的附着，即可得到聚苯乙烯/碘氧化铋/二氧化钛复合光催化剂。本发明专利技术制得的聚苯乙烯/碘氧化铋/二氧化钛复合光催化剂晶化度良好、重复性好，在紫外‑可见光区域均有一定的吸收度，复合光催化剂不仅增强了碘氧化铋的光催化性能，而且解决了二氧化钛局限于紫外光催化上应用以及粉末在溶液中难以回收的问题，方便循环使用。

Polystyrene / iodine bismuth oxide / titania composite photocatalyst and preparation method thereof

The invention discloses a polystyrene / iodine bismuth oxide / titania composite photocatalyst and preparation method, using polystyrene spheres as the carrier, through the first step hydrothermal method of iodine bismuth oxide adhered on the surface of polystyrene beads; the polystyrene / bismuth oxyiodide ball after drying, and then through the second step hydrothermal TiO2 in polystyrene iodine / bismuth oxide pellet surface attachment, can be obtained by the polystyrene / iodine bismuth oxide / titania composite photocatalyst. The prepared polystyrene / iodine bismuth oxide / titania composite photocatalyst with good crystallization degree and good repeatability in the UV visible region has certain degree of absorption, the composite photocatalyst not only enhances the photocatalytic performance of iodine bismuth oxide, but also solves the problem of titanium dioxide confined to UV catalytic applications and powder is difficult to recover in the solution of the problem, convenient recycling.

【技术实现步骤摘要】
一种聚苯乙烯/碘氧化铋/二氧化钛复合光催化剂及其制备方法
本专利技术涉及一种光催化剂及其制备方法，特别涉及一种采用聚苯乙烯小球为载体，表面依次附着碘氧化铋和二氧化钛的两步水热反应的方法，属复合材料光催化

技术介绍
随着经济日新月异的发展和人口的不断增长，全球环境污染以及能量供给需求增加的问题也日益突出。据统计，工厂每年向全球水域排放大约300～400亿吨的污染物，包括含重金属超标的污水、有毒溶剂和其他废物，造成了严重的环境污染，可持续发展已成为现代社会必须选择的道路。一方面，太阳能作为一种可再生能源，具有资源丰富、清洁、廉价的特点，其即可免费试用，又无需运输，对环境无任何污染，是实现人类社会可持续发展的基础。另一方面，一种新型的、绿色的光催化技术涉及半导体物理、催化化学、纳米技术等诸多领域，在能源、环境、健康等人类面临的重大问题方面均有应用前景。这种新兴的技术可直接利用太阳能光作为光源来活化催化剂并驱动氧化还原反应，从而达到污水处理、空气净化和保洁除菌的目的。二氧化钛是一种传统的、经典的光催化剂，因其稳定性好、成本低、光催化活性强、对人体无害等性质而具有应用前景，关于二氧化钛的光催化特性研究展开了大量的实验。但是，二氧化钛是一种禁带宽度为3.2eV的宽禁带n型半导体，其光催化特性仅局限于紫外波段，而紫外光在太阳光中所占的比例仅有2%左右。因此，将两种不同类型的半导体结合形成p-n异质结复合光催化剂，利用p型半导体在可见光下响应的作用来提高二氧化钛对光的利用率。而碘氧化铋是一种禁带宽度为1.65eV的窄禁带p型半导体，其独特的层状结构呈现出较佳的可见光光催化活性。但是，光催化降解模拟染料的实验大多是在密闭的玻璃瓶中进行，除了考虑提高光催化剂的降解率外，实验结束后分散在溶液中的样品回收这一问题也有待解决。所以，近年来通过掺杂磁性材料形成复合光催化剂，或者以聚苯乙烯小球为光催化剂载体的研究也被大量的报道，例如：CaFe2O4/ZnO磁性异质结光催化剂（ChenS.F.,ZhaoW.,LiuW.,ZhangH.Y.,YuX.L.,Chem.Eng.J.,2009,vol155,466-473）、聚苯乙烯/二氧化钛小球（IlknnrA.,MunevrerS.,Appl.Catal.B:Environ.,2014,vol144,694-701）等，通过外界磁铁的吸附或小球的过滤实现固液分离的目的。
技术实现思路
本专利技术针对现有的光催化剂存在的不足，提供一种新型的聚苯乙烯/碘氧化铋/二氧化钛复合光催化剂及其制备方法。本专利技术技术方案提供一种聚苯乙烯/碘氧化铋/二氧化钛复合光催化剂的制备方法，是以硝酸铋、碘化钾、钛酸正丁酯为原料，利用两步水热法获得可见光下响应的以聚苯乙烯为载体，碘氧化铋和二氧化钛复合的光催化材料，具体包括如下步骤：1、将硝酸铋和冰乙酸溶于水中，加入聚苯乙烯小球，磁力搅拌后滴加碘化钾溶液，通过第一步水热法制备聚苯乙烯/碘氧化铋小球；2、将步骤1制备的聚苯乙烯/碘氧化铋小球、钛酸正丁酯分散于无水乙醇中，静置后滴加去离子水，通过第二步水热法制备得到聚苯乙烯/碘氧化铋/二氧化钛复合光催化剂。所述的聚苯乙烯小球为羧基化聚苯乙烯小球，其粒径为600～1200μm，形状为球状微米级粒子。所述的聚苯乙烯小球与硝酸铋的质量比为1～2:2。所述的硝酸铋与碘化钾的摩尔比为1。所述的硝酸铋与钛酸正丁酯的摩尔比为1～2:2。所述的无水乙醇与去离子水的体积比为5:3～2。所述的第一步水热反应温度为100～120℃，反应时间为6～8h。所述的第二步水热反应温度为150～180℃，反应时间为18～24h。本专利技术技术方案还包括按上述制备方法得到的一种聚苯乙烯/碘氧化铋/二氧化钛复合光催化剂。本专利技术中所应用的聚苯乙烯在丙烯酸的改性下形成羧基化聚苯乙烯，在硝酸铋的水溶液中其表面可较好的吸附铋离子，通过第一步水热反应，表面几乎完全被层状的碘氧化铋覆盖。在第二步水热反应后制得的聚苯乙烯/碘氧化铋/二氧化钛复合光催化剂后，二氧化钛颗粒均匀的附着在碘氧化铋的层状结构上。这种异质结构的复合光催化剂对罗丹明染料的1次降解率达到99.14%，3次降解后的折耗率仅占1.99%。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术应用聚苯乙烯在丙烯酸的改性下形成羧基化聚苯乙烯，其表面可吸附大量的铋离子，通过两步水热法形成p-n异质结构的碘氧化铋/二氧化钛复合光催化剂，提高碘氧化铋的光生电子-空穴的分离效率，以及二氧化钛在可见光下的光催化性能。2、制备得到的光催化剂以聚苯乙烯小球（600～1200μm）作为催化剂载体，可以在光催化后通过过滤达到固液分离的目的，在避免粉尘造成的二次污染的同时，方便回收后多次循环降解染料。附图说明图1为本专利技术实施例各步骤中所得的样品的X射线粉末衍射图，其中曲线（a）为聚苯乙烯/碘氧化铋小球，曲线（b）为聚苯乙烯/碘氧化铋/二氧化钛复合光催化剂；图2为本专利技术实施例各步骤中所得的样品的SEM扫描电镜图，其中图（a）、（d）为聚苯乙烯小球，图（b）、（e）为聚苯乙烯/碘氧化铋小球，图（c）、（f）为聚苯乙烯/碘氧化铋/二氧化钛复合光催化剂；图3为本专利技术实施例所得的样品的能谱计算曲线图，其中图（a）为参比碘氧化铋，图（b）为参比二氧化钛；图4为本专利技术实施例所得的样品在可见光下对有机染料罗丹明B的降解曲线，其中，从上至下依次为空白对照组、参比二氧化钛、聚苯乙烯/碘氧化铋和聚苯乙烯/碘氧化铋/二氧化钛复合光催化剂；图5为本专利技术实施例所得的聚苯乙烯/碘氧化铋/二氧化钛复合光催化剂可见光下多次降解罗丹明B的降解曲线。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术技术方案作进一步描述。实施例1聚苯乙烯小球的制备：在装有机械搅拌、冷凝管和导气管的三口烧瓶中分别加入分散剂0.3g聚乙烯醇、0.01g聚乙烯比咯烷酮和100ml去离子水，开动搅拌并通入氮气20min，将5g苯乙烯、5g二乙烯基苯、0.05g过氧化二苯甲酰、7g正庚烷和1.25g丙烯酸混合均匀后加入到上述体系中，保持氮气氛围，搅拌速度调至400rpm预处理15min后升温至70℃，反应24h。反应结束后将反应液过滤，得到的微球用70℃热水反复洗涤至滤液澄清、烘干即可制备出聚苯乙烯小球。本实施例中，聚苯乙烯在丙烯酸的改性下形成羧基化聚苯乙烯。参见附图2中的图（a）、（d），它们是本实施例提供的聚苯乙烯小球的SEM图，由图可见，聚苯乙烯小球表面光滑，粒径为600～1200μm。将上述制备得到的聚苯乙烯小球作为碘氧化铋/二氧化钛的载体，通过两步水热法制备聚苯乙烯/碘氧化铋/二氧化钛复合光催化剂。具体实施方法包括如下步骤：（1）将0.1g聚苯乙烯小球加入30ml溶有硝酸铋（0.2g）的水溶液中，静置待Bi3+吸附到小球表面后，滴加4ml冰乙酸至溶液完全澄清，再静置2h；（2）将30ml溶有碘化钾（0.068g）的水溶液滴加至上述溶液中，磁力搅拌中溶液逐渐由澄清向亮橙色转变，静置0.5h就将亮橙色溶液转入四氟乙烯反应釜中，在烘箱100℃的温度下水热反应6h；（3）经上述第一步水热法后取出橙色小球，冲洗、烘干后即可制备出聚苯乙烯/碘氧化铋小球。将橙色小球加入25ml无水乙醇中，滴加0.141g钛酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚苯乙烯/碘氧化铋/二氧化钛复合光催化剂的制备方法，其特征在于采用两步水热法工艺，包括如下步骤：（1）将硝酸铋和冰乙酸溶于水中，加入聚苯乙烯小球，磁力搅拌后滴加碘化钾溶液，通过第一步水热法制备聚苯乙烯/碘氧化铋小球；（2）将步骤（1）制备的聚苯乙烯/碘氧化铋小球、钛酸正丁酯分散于无水乙醇中，静置后滴加去离子水，通过第二步水热法制备得到聚苯乙烯/碘氧化铋/二氧化钛复合光催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种聚苯乙烯/碘氧化铋/二氧化钛复合光催化剂的制备方法，其特征在于采用两步水热法工艺，包括如下步骤：（1）将硝酸铋和冰乙酸溶于水中，加入聚苯乙烯小球，磁力搅拌后滴加碘化钾溶液，通过第一步水热法制备聚苯乙烯/碘氧化铋小球；（2）将步骤（1）制备的聚苯乙烯/碘氧化铋小球、钛酸正丁酯分散于无水乙醇中，静置后滴加去离子水，通过第二步水热法制备得到聚苯乙烯/碘氧化铋/二氧化钛复合光催化剂。2.根据权利要求1所述的一种聚苯乙烯/碘氧化铋/二氧化钛复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述的聚苯乙烯小球为羧基化聚苯乙烯小球，其粒径为600～1200μm，形状为球状微米级粒子。3.根据权利要求1或2所述的一种聚苯乙烯/碘氧化铋/二氧化钛复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述的聚苯乙烯小球与硝酸铋的质量比为1～2:2。4.根据权利要求1所述的一种聚苯乙烯/碘...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦传香，陆楚楚，鲍志敏，郭晓飞，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32