一种ZnO/BiOI异质结光催化剂的制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于无机材料合成和光催化技术领域，具体涉及一种ZnO/BiOI异质结光催化剂制备方法和应用。本发明专利技术采用沉淀‑沉积法将ZnO与BiOI复合，制备得到ZnO/BiOI异质结光催化剂。本发明专利技术所得ZnO/BiOI异质结光催化剂具有较好的结晶度，且具有较大的比表面积，从而大大提高了光催化稳定性和光催化效率。本发明专利技术采用的ZnO/BiOI光催化工艺技术处理富营养化水体相比于传统的处理工艺，具有无二次污染，安全稳定，成本较低等优点，对以CODMn、Chl‑a、TP为代表的主要水质指标具有显著的去除效果，且未有公开报道的相关研究。本发明专利技术制备方法工艺简单、环境友好，所制备的ZnO/BiOI异质结光催化剂具有很高的光催化活性，在水处理方面有重要的前景。

Preparation and application of a ZnO/BiOI heterojunction photocatalyst

The invention belongs to the field of inorganic material synthesis and photocatalysis technology, in particular to a preparation method and application of ZnO/BiOI heterojunction photocatalyst. The invention uses precipitation and deposition method to compounded ZnO and BiOI to prepare ZnO/BiOI heterojunction photocatalyst. The ZnO/BiOI heterojunction photocatalyst obtained by the invention has good crystallinity and a larger specific surface area, thus greatly improving the photocatalytic stability and photocatalytic efficiency. Compared with the traditional processing technology, the ZnO/BiOI photocatalysis technology used in the invention has the advantages of no two pollution, safety and stability, and low cost. It has significant removal effect on the main water quality indicators represented by CODMn, Chl A and TP, and has not been reported in public. The preparation method of the invention is simple and environmentally friendly, and the prepared ZnO/BiOI heterojunction photocatalyst has high photocatalytic activity, and has an important prospect in water treatment.

【技术实现步骤摘要】
一种ZnO/BiOI异质结光催化剂的制备方法及其应用
：本专利技术属于无机材料合成和光催化
，具体涉及一种ZnO/BiOI异质结光催化剂制备方法和应用。
技术介绍
：随着湖泊富营养化的加剧，含有氮、磷等元素的无机营养物大量进人湖泊，使得许多的藻类以及其它许多非原生态的水生植物迅速滋生蔓延，它们的繁衍消耗了水体中溶解的氧造成水体中溶解氧含量降低，从而使得水体的质量状况变差，直接威胁着水生动物和人类健康。近年来国内外学者在处理富营养化水体方面开展了大量的研究工作。其中，光催化技术是目前最有前景的绿色环境净化技术之一，对处理富营养化水体具有较好的前景。光催化主要是半导体光催化剂利用太阳能将水中许多难以利用生物降解的有机物降解为无毒小分子或者彻底矿化的技术，因此开发高效稳定的半导体光催化剂成为光催化氧化处理技术的关键问题。在研究的众多新型可见光催化剂中，BiOX(X＝Cl，Br，I)作为铋系化合物中重要的一类半导体，其具有层状结构和化学稳定性能高的特点。其中BiOI具有最窄的禁带宽度，具有最好的可见光响应性能，因此受到了国内外学者的广泛关注。但是由于BiOI的禁带宽度较小，容易成为光生电子和空穴的复合中心，因此其光催化活性及降解效率还有很大的提升空间。目前，通过复合不同半导体光催化剂，形成异质结，被认为是一种用于扩展光催化剂的吸光度范围的有效手段。复合两种半导体光催化剂，在相界面处产生固有电场，使光生电子在两相间发生迁移，在两相间分别产生光生电子与空穴的富集现象，从而大大降低了光生载流子的复合率，获得较好的光催化活性。得到有应用潜力的复合光催化剂。Zhang等通过复合TiO2与Bi2O3，形成异质结，成功得到具有应用潜力的复合光催化剂，并通过研究发现其对有机污染物的降解效果有明显改善。本专利技术将新型窄带隙半导体BiOI进行高温氢化还原，制备得到富含氧空位的BiOI可见光催化剂。本专利技术将新型窄带隙半导体BiOI与无机半导体ZnO进行复合，制备得到ZnO/BiOI异质结光催化剂。到目前为止，关于ZnO/BiOI异质结光催化剂处理富营养化水体的报道还没有涉及。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于提供一种ZnO/BiOI异质结光催化剂的制备方法。本专利技术首先采用沉淀法制备ZnO，再用沉积法制备ZnO/BiOI异质结光催化剂，所制得的光催化剂有利于光生载流子的输运过程，具有良好的可见光光催化活性。本专利技术的另一目的是提供上述ZnO/BiOI异质结光催化剂的应用。为了实现上述的第一个目的，本专利技术采用了以下的技术方案：一种ZnO/BiOI异质结光催化剂，是由Zn(NO3)2·6H2O、Bi(NO3)3·5H2O、KI为原料采用沉淀—沉积法按ZnO：BiOI质量比为1：9，2：8，3：7制备得到，所得样品分别标记为ZB-1，ZB-2和ZB-3异质结光催化剂。1、一种ZnO/BiOI异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a：ZnO的制备(1)将2gZn(NO3)2·6H2O溶于15mL去离子水中，磁力搅拌20min，形成透明溶液a；(2)将2.675gNaOH溶于15mL去离子水中，磁力搅拌20min，形成透明溶液b；(3)磁力搅拌下，将a溶液逐滴加入b溶液中，继续搅拌30min，得到含有少量白色沉淀的混合溶液；(4)将混合溶液转移到50mL的反应釜中，置于180℃干燥箱中反应6h，取出反应釜置于通风橱，自然冷却到室温，将产物过滤，用去离子水洗涤至中性，于60℃干燥12h即得ZnO。b：ZnO/BiOI异质结光催化剂的制备(1)称取一定量的KI溶于40mL去离子水中，形成透明溶液；(2)加入一定量的ZnO，磁力搅拌20min，缓慢加入一定量的固体硝酸铋颗粒，继续搅拌30min；(3)置于80℃的水浴中反应2h，将产物过滤，用去离子水洗涤至中性，于60℃干燥12h，按ZnO：BiOI质量比为1：9，2：8，3：7制备ZnO/BiOI异质结光催化剂(分别标记为ZB-1，ZB-2和ZB-3)。为了实现上述的另一个目的，本专利技术采用了以下的技术方案：一种ZnO/BiOI异质结光催化剂在处理富营养化水体的应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术的制备方法具有工艺简单、条件温和、稳定性好、成本低廉、环境友好等优点；(2)通过本专利技术制备的ZnO/BiOI异质结光催化剂相较于纯BiOI，具有更好的结晶度；(3)复合ZnO和BiOI两种半导体光催化剂，在相界面处产生固有电场，使光生电子在两相间发生迁移，在两相间分别产生光生电子与空穴的富集现象，从而大大降低了光生载流子的复合率，获得较好的光催化活性；(4)在可见光照射下，该光催化剂对主要水质指标CODMn、TP、Chl-a的显示出良好的去除效果，在利用太阳能光催化处理富营养化水体技术中具有潜在的应用价值。附图说明:图1是本专利技术纯BiOI的扫描电镜图(SEM)。图2是本专利技术ZnO/BiOI异质结光催化材料的扫描电镜图(SEM)。图3是本专利技术纯BiOI、纯ZnO、ZnO/BiOI异质结光催化材料的X射线衍射图(XRD)。图4是本专利技术ZB-2异质结光催化剂对富营养化水体中主要水质指标的处理效果图。具体实施方式:下面结合实施例对本专利技术进行详细说明，以使本领域技术人员更好地理解本专利技术，但本专利技术并不局限于以下实施例。实施例1：a：ZnO的制备(1)将2gZn(NO3)2·6H2O溶于15mL去离子水中，磁力搅拌20min，形成透明溶液a；(2)将2.675gNaOH溶于15mL去离子水中，磁力搅拌20min，形成透明溶液b；(3)磁力搅拌下，将a溶液逐滴加入b溶液中，继续搅拌30min，得到含有少量白色沉淀的混合溶液；(4)将混合溶液转移到50mL的反应釜中，置于180℃干燥箱中反应6h，取出反应釜置于通风橱，自然冷却到室温，将产物过滤，用去离子水洗涤至中性，于60℃干燥12h即得ZnO。b：ZnO/BiOI异质结光催化剂的制备(1)称取一定量的KI溶于40mL去离子水中，形成透明溶液；(2)加入一定量的ZnO，磁力搅拌20min，缓慢加入一定量的固体硝酸铋颗粒，继续搅拌30min；(3)置于80℃的水浴中反应2h，将产物过滤，用去离子水洗涤至中性，于60℃干燥12h，按ZnO：BiOI质量比为1：9制备ZB-1异质结光催化剂。纯BiOI的SEM分析结果(图1)表明，BiOI是由许多不规则圆饼片状无规律堆积而成的花球状结构，纳米片厚度约为30nm，直径约为100～500nm。ZnO/BiOI异质结光催化材料的SEM分析结果(图2)表明，片状BiOI成功覆盖在铅笔状ZnO表面，形成比较明显的铅笔状形貌。不同光催化剂的XRD分析结果(图3)表明，纯BiOI为四方晶系结构，衍射峰与标准卡片(JCPDSNo.73-2062)吻合，纯ZnO为六方晶系纤锌矿结构衍射峰与标准卡片(JCPDSNo.36-1451)一致。将这两种光催化剂复合后，没有出现其它杂质衍射峰，这就表明了ZnO/BiOI异质结仅仅包含BiOI和ZnO两种物质，而且ZnO/BiOI异质结的较强特征衍射峰表明样品强度较大，具有较好的结晶度。ZB-1异质结光催化剂对富营养化水体中主要水质指标CODMn、TP、TN和Chl-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种ZnO/BiOI异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a：ZnO的制备(1)将2gZn(NO3)2·6H2O溶于15mL去离子水中，磁力搅拌20min，形成透明溶液a；(2)将2.675gNaOH溶于15mL去离子水中，磁力搅拌20min，形成透明溶液b；(3)磁力搅拌下，将a溶液逐滴加入b溶液中，继续搅拌30min，得到含有少量白色沉淀的混合溶液；(4)将混合溶液转移到50mL的反应釜中，置于180℃干燥箱中反应6h，取出反应釜置于通风橱，自然冷却到室温，将产物过滤，用去离子水洗涤至中性，于60℃干燥12h即得ZnO。b：ZnO/BiOI异质结光催化剂的制备(1)称取一定量的KI溶于40mL去离子水中，形成透明溶液；(2)加入一定量的ZnO，磁力搅拌20min，缓慢加入一定量的固体硝酸铋颗粒，继续搅拌30min；(3)置于80℃的水浴中反应2h，将产物过滤，用去离子水洗涤至中性，于60℃干燥12h，按ZnO：BiOI质量比为1：9，2：8，3：7制备ZnO/BiOI异质结光催化剂(分别标记为ZB‑1，ZB‑2和ZB‑3)。

【技术特征摘要】
1.一种ZnO/BiOI异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a：ZnO的制备(1)将2gZn(NO3)2·6H2O溶于15mL去离子水中，磁力搅拌20min，形成透明溶液a；(2)将2.675gNaOH溶于15mL去离子水中，磁力搅拌20min，形成透明溶液b；(3)磁力搅拌下，将a溶液逐滴加入b溶液中，继续搅拌30min，得到含有少量白色沉淀的混合溶液；(4)将混合溶液转移到50mL的反应釜中，置于180℃干燥箱中反应6h，取出反应釜置于通风橱，自然冷却到室温，将产物过滤，用去离子水洗涤至中性，于60℃干燥12h即得ZnO。b：ZnO/BiOI异质结光催化剂的制备(1)称取一定量的KI溶于40mL去离子水中，形成透明溶液；(2)加入一定量的ZnO，磁力搅拌2...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁鑫，王利平，彭慧，汪楚乔，蒋善庆，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32