Bi2O2CO3/PPy/g‑C3N4复合光催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于降解废水污染物的光催化材料技术领域，公开了Bi2O2CO3/PPy/g‑C3N4复合光催化剂的制备及其在模拟太阳光下降解罗丹明B的应用。合成步骤包括：将聚吡咯PPy掺杂的次碳酸铋(Bi2O2CO3)复合材料与石墨相氮化碳(g‑C3N4)在有机溶剂中按比例混合，进行加热回流，所得产物洗涤数次，真空干燥后即得Bi2O2CO3/PPy/g‑C3N4复合光催化剂材料。本发明专利技术的优点在于合成方法简单，易于大规模工业化生产，所制备复合材料性质稳定、光催化活性高，拓展了Bi2O2CO3的光谱响应范围，提高了对太阳光的利用率，对一定浓度的有机染料罗丹明B具有较好的降解效果，可应用于染料废水的处理。

Bi2O2CO3/PPy/g C3N4 composite photocatalyst and preparation method and application thereof

The invention belongs to the technical field of degradation of organic pollutants in wastewater photocatalytic materials, discloses the application of Bi2O2CO3/PPy/g C3N4 composite photocatalyst preparation and under simulated sunlight degradation of rhodamine B. The synthesis method comprises the following steps: the polypyrrole PPy doped bismuth carbonate (Bi2O2CO3) composites and graphite carbon nitride (g C3N4) by mixing in an organic solvent, heating reflux, the product is washed several times, Bi2O2CO3/PPy/g C3N4 composite photocatalyst material is obtained after vacuum drying. The invention has the advantages of simple synthetic method, easy to large-scale industrial production, the preparation of composite material stability, high photocatalytic activity, Bi2O2CO3 spectral expansion response range, improve the utilization ratio of sunlight, to a certain concentration of organic dye Luo Danming B has good degradation effect, can be applied to the processing of dye waste water.

【技术实现步骤摘要】
Bi2O2CO3/PPy/g-C3N4复合光催化剂及其制备方法和应用
本专利技术属于光催化剂领域，具体涉及一系列具有模拟太阳光活性的三元体系Bi2O2CO3/PPy/g-C3N4复合光催化剂的制备及其应用。
技术介绍
随着工业的迅速发展和人口的日益增多，环境污染和关键能源的短缺已经成为制约人类社会发展的两大难题。太阳能是一种丰富、清洁的可持续能源，光催化是资源化利用太阳能的有效方式。光催化技术能够利用丰富的太阳能来降解有机污染物等，这对解决环境危机有非常重要的意义，其中尤为重要的是半导体光催化技术的应用。然而，目前的光催化剂存在两个缺点：(1)对太阳光的利用率不高；(2)光生电子与空穴容易复合。研究证明，复合半导体材料是解决上述两个问题的有效途径。铋系光催化剂(如次碳酸铋)具有良好的催化性能和优良的化学稳定性，近年来被广泛研究。它们在可见光范围内有明显的吸收，这是铋系光催化剂共同的显著特点和优势，而且在可见光下它们对难降解有机物具有良好催化作用，并可以循环使用，将其应用于工业污水处理将是未来研究的一个热点领域。石墨相氮化碳g-C3N4是一种有非金属碳氮组成的可见光光催化剂，与石墨烯类似，具有二维平面结构；同时具有典型的半导体特性，其禁带宽度约为2.7eV，能吸收波长小于470nm的紫外-可见光。因其独特的结构，g-C3N4基复合光催化剂表现出良好的光催化性能。聚吡咯具有优良的导电性能，窄的禁带宽度，良好的环境稳定性和可成型性，通过取代基的变化，性能可以调变，且与其它导电聚合物相比，可在水中通过化学氧化聚合法制备得到。但对与聚吡咯，特别是与聚吡咯和g-C3N4共掺杂进行复合的光催化剂研究相对较少。构建异质结构的复合半导体可以有效抑制光生载流子的复合，从而改善半导体的光催化活性，是一种有效的半导体改性方法。为此，我们尝试设计、制备了一系列Bi2O2CO3/PPy/g-C3N4复合光催化剂，拓展光催化剂对可见光的响应范围，并探讨g-C3N4的含量对复合光催化剂催化性能的影响。迄今为止，制备Bi2O2CO3/PPy/g-C3N4复合光催化剂的工作尚未见报道，也没有专利和文献报道过Bi2O2CO3/PPy/g-C3N4复合光催化剂的制备和性能探讨。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有模拟太阳光活性的三元体系Bi2O2CO3/PPy/g-C3N4复合光催化剂的制备方法，以提高光催化材料对可见光及近红外区域的光谱利用率，其制备工艺简单，容易实现，制备的复合光催化剂具有良好的太阳光活性和较高的量子效率，对有机染料废水具有较好的降解效果，在有机废水的净化处理及有机废气净化等领域具有重要应用前景。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术所述的Bi2O2CO3/PPy/g-C3N4复合光催化剂，由次碳酸比Bi2O2CO3，聚吡咯PPy和石墨相氮化碳g-C3N4组成，所述复合光催化材料在模拟太阳光照射下90min后，罗丹明B降解率为98.94％。本专利技术所述的Bi2O2CO3/PPy/g-C3N4复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：步骤A1：将次碳酸铋Bi2O2CO3和聚吡咯PPy按一定的质量比超声分散在极性有机溶剂中，分散均匀后，进行回流反应；反应结束后，将反应物经冷却、过滤、洗涤、干燥，得到灰色粉末状产物，即为Bi2O2CO3/PPy复合光催化剂；步骤A2：先将步骤A1所得产物Bi2O2CO3/PPy超声分散于极性有机溶剂中，超声下，再加入一定量的石墨相氮化碳g-C3N4，继续超声，分散均匀后，进行回流反应；反应结束后，将反应物经冷却、过滤、洗涤，干燥，得到灰色粉末状产物，即为Bi2O2CO3/PPy/g-C3N4复合光催化剂。步骤A1和A2的极性有机溶剂均为四氢呋喃。步骤A1中，所述次碳酸铋Bi2O2CO3和聚吡咯PPy的质量比为100:1；步骤A2中，所述Bi2O2CO3/PPy复合光催化剂与石墨相氮化碳g-C3N4的质量比为1000:1～1000:20；步骤A1中，所述超声时间为2小时，回流反应温度为66℃，反应时间为24小时；步骤A2中，所述超声为先将Bi2O2CO3/PPy在极性有机溶剂四氢呋喃中超声1小时，然后加入g-C3N4再超声1小时，回流反应的温度为66℃，反应时间为12小时。所述制备方法中所述分离均为将反应液用0.45μm的尼龙膜进行过滤；所述洗涤为分别用去离子水和乙醇洗涤；所述干燥为真空室温下干燥12小时。所述复合光催化剂，当Bi2O2CO3/PPy复合光催化剂与石墨相氮化碳g-C3N4的质量比为1000：5时，材料的催化效果最佳；罗丹明B的去除率可达98.94％。所述复合光催化剂所述应用方法为：将Bi2O2CO3/PPy/g-C3N4复合光催化剂和染料罗丹明B在避光环境下混合得到混合液，将所述混合液在模拟太阳光下进行光催化反应15-90min，完成对染料罗丹明B的处理。相对于现有技术，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术采用水热法制备得到的Bi2O2CO3/PPy/g-C3N4复合型光催化剂，与同等条件下制备的Bi2O2CO3/PPy复合材料和纯Bi2O2CO3相比，三元体系Bi2O2CO3/PPy/g-C3N4复合光催化剂表现出更高的光催化活性和模拟太阳光利用率。(2)所述三元体系Bi2O2CO3/PPy/g-C3N4复合光催化剂中，Bi2O2CO3、PPy和g-C3N4三者之间的协同效应，促进了光生载流子的分离效率，有效抑制了光生载流子的复合，改善了复合光催化剂的催化活性。(3)所述三元体系Bi2O2CO3/PPy/g-C3N4复合光催化剂光热稳定好，活性高，可多次重复使用；PPy和g-C3N4的引入减小了Bi2O2CO3的禁带宽度，从而提高了其模对拟太阳光的响应范围，对有机污染物罗丹明B有着良好的降解效果。附图说明图1是本专利技术方法制备的三元体系Bi2O2CO3/PPy/g-C3N4复合光催化剂与BP、未敏化的Bi2O2CO3光催化剂的红外对比图；图2是本专利技术方法制备的三元体系BP/C0.5、BP和未敏化的Bi2O2CO3光催化剂的XRD对比图；图3是本专利技术方法制备的三元体系BP/C0.5、BP和未敏化的Bi2O2CO3光催化剂的Raman对比图；图4是本专利技术方法制备的三元体系BP/C0.5、BP和未敏化的Bi2O2CO3光催化剂的透射电镜图，a-Bi2O2CO3、b-BP和c-BP/C0.5；图5是本专利技术方法制备的三元体系BP/C0.5、BP、g-C3N4和未敏化的Bi2O2CO3光催化剂的紫外-可见漫反射光谱对比图；图6是本专利技术方法制备的三元体系BP/C0.5、BP和未敏化的Bi2O2CO3光催化剂的光电流响应对比图；图7是本专利技术方法制备的三元体系BP/C0.5、BP和未敏化的Bi2O2CO3光催化剂的阻抗对比图；图8是本专利技术方法制备的三元体系Bi2O2CO3/PPy/g-C3N4复合光催化剂与BP、未敏化的Bi2O2CO3和g-C3N4光催化剂降解罗丹明B水溶液降解率随时间变化的曲线图；图9是本专利技术方法制备的三元体系复合光催化剂BP/C0.5降解罗丹明B水溶液随时间变化的紫外-可见光谱图。具体实施方式以下通过具体实施例对本专利技术进行描述或作进一步的说明，并且给出了详细的本文档来自技高网...

【技术保护点】
Bi2O2CO3/PPy/g‑C3N4复合光催化剂，其特征在于，由次碳酸比Bi2O2CO3，聚吡咯PPy和石墨相氮化碳g‑C3N4组成，所述复合光催化材料在模拟太阳光照射下90min后，罗丹明B降解率为98.94％。

【技术特征摘要】
1.Bi2O2CO3/PPy/g-C3N4复合光催化剂，其特征在于，由次碳酸比Bi2O2CO3，聚吡咯PPy和石墨相氮化碳g-C3N4组成，所述复合光催化材料在模拟太阳光照射下90min后，罗丹明B降解率为98.94％。2.根据权利要求1所述的Bi2O2CO3/PPy/g-C3N4复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A1：将次碳酸铋Bi2O2CO3和聚吡咯PPy按一定的质量比超声分散在极性有机溶剂中，分散均匀后，进行回流反应；反应结束后，将反应物经冷却、过滤、洗涤，干燥，得到灰色粉末状产物，即为Bi2O2CO3/PPy复合光催化剂；步骤A2：先将步骤A1所得产物Bi2O2CO3/PPy超声分散于极性有机溶剂中，超声下，再加入一定量的石墨相氮化碳g-C3N4，继续超声，分散均匀后，进行回流反应；反应结束后，将反应物经冷却、过滤、洗涤，干燥，得到灰色粉末状产物，即为Bi2O2CO3/PPy/g-C3N4复合光催化剂。3.根据权利要求2所述的Bi2O2CO3/PPy/g-C3N4复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法中，步骤A1和A2的极性有机溶剂均为四氢呋喃。步骤A1中，所述次碳酸铋Bi2O2CO3和聚吡咯PPy的质量比为100:1；步骤A2中，所述Bi2O2CO3/PPy复合光催化剂与石墨相氮化碳g-C3N4的质量比为1000:1～1000:20。4.根据权利要求3所述的Bi2O2CO3...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵炜，王允，王爱健，窦生平，吴里程，王谦，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32