一种超薄碘氧化铋光催化剂的制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及光催化剂领域，公开了一种超薄碘氧化铋光催化剂的制备方法及其应用，其中，所述超薄碘氧化铋光催化剂的表达式为BiOI，所述超薄碘氧化铋光催化剂为粉末状，厚度为0.21‑0.24nm，比表面积为280‑310m

【技术实现步骤摘要】
一种超薄碘氧化铋光催化剂的制备方法及其应用
本专利技术涉及光催化剂领域，具体涉及超薄碘氧化铋光催化剂的制备方法及其应用。
技术介绍
针对油田增产过程中产生的油田废水处理方法的研究国内外已取得一定成果，油田废水中的大部分无机废物，例如：岩屑、支撑剂、无机盐等，通过一系列的物理沉降、化学絮凝等方法能够有效的去除。但对于其中难降解的聚合物，例如：聚丙烯酰胺等高分子聚合物，则需要消耗大量的能源或种类繁多的化学药剂一一降解，处理成本高、设备投资大、处理周期长、易二次污染。光催化技术是20世纪后期发展起来的一种处理难降解有机污染物的新工艺，其特征是通过在半导体催化剂作用下产生活性极强的活性氧物种(ROS)，ROS几乎能无选择性地将废水中难降解的有机污染物氧化降解成无毒或低毒的小分子物质，甚至直接矿化为二氧化碳和水及其它小分子羧酸，达到无害化目的。该技术具有无选择性、氧化能力强、反应速度快、处理效率高，无二次污染等优点。上述特性使得光催化技术在处理页岩气返排液领域展示了极大的应用空间。而在光催化
中，光催化剂的研制则是最为核心的技术之一。而卤氧化铋成为近年来光催化领域的新宠。铋是一种绿色金属，卤氧化铋作为一种新型的窄禁带半导体，由于其无毒、廉价、氧化还原能力强、化学性质稳定和抗光腐蚀等特性，在水体污染物降解、抗菌等方面得到了广泛的应用。由于其单体的电子-空穴复合效率较高，对其光催化性能具有不利的影响，严重制约了其在光催化等方面的实际应用。因此，通过改性使卤氧化铋基光催化剂具有高光催化性能是光催化研究领域的重要课题之一。目前文献报道的方法有金属离子掺杂、非金属离子掺杂、半导体的固溶、复合等。2016年Fan等人发现原位合成的BiOI光催化剂在可见光的照射下催化罗丹明b时，具有很强的光催化活性(FanW,LiH,ZhaoF,etal.Boostingthephotocatalyticperformanceof(001)BiOI:enhancingdonordensityandseparationefficiencyofphotogeneratedelectronsandholes[J].ChemicalCommunications,2016,52(30):5316-5319.)。但是，该文献中所报道的BiOI光催化剂只是应用到降解染料，并没应用到降解聚丙烯酰胺中，且合成方法较为复杂，效果仍有待改善。因此，探索一种经济有效、环境友好的压裂返排液聚合物降解技术或工艺，对于缓解开发区块的环境问题显得格外重要，同时对于保障页岩气的正常生产和可持续发展具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的上述问题，一种超薄碘氧化铋光催化剂的制备方法及其应用，其中，该催化剂具有较高的比表面积，超薄，能够更好地在可见光下光催化氧化去除页岩气油田废水中的聚丙烯酰胺，并且，该制备方法降低了生产成本，简化了生产工艺。一种超薄碘氧化铋光催化剂的制备方法及其应用，其中，所述超薄碘氧化铋光催化剂的表达式为BiOI，所述超薄碘氧化铋光催化剂为粉末状，厚度为0.21-0.24nm，比表面积为280-310m2/g。本专利技术第二方面提供了一种超薄碘氧化铋光催化剂的制备方法，其中，该方法包括以下步骤：(1)将含铋元素的化合物与水混合得到混合物A；(2)配制含I元素的醇溶液B；(3)将含I元素的化合物的醇溶液B滴加到混合物A中进行反应，搅拌一定时间后加入一定量的表面活性剂；(4)将步骤(3)得到的反应物洗涤干燥；优选地，所述含I元素的化合物与含铋元素的化合物的用量的摩尔比为1：(1-2)：(1.5-2.5)。优选地，含铋元素的化合物为五水硝酸铋；含I元素的化合物为碘化钾和/或碘化钠，更优选为碘化钾。优选地，在步骤(1)中，所述水为蒸馏水，且相对于1mmol的所述含铋元素化合物，所述蒸馏水的用量为20-25mL。优选地，在步骤(2)中，所述醇为乙醇、乙二醇、丙醇和丙三醇中的一种或多种，优选为乙二醇，且相对于1mmol的所述含I元素的化合物，所述醇的用量为15-20mL。优选地，在步骤(3)中，所述反应的条件包括：温度为20-35℃，时间为8-12h，滴加速率为1-2.5mL/分钟。优选地，在步骤(4)中，所述干燥的条件包括：干燥温度为60-80℃，干燥时间为5-24h；优选地，干燥温度为65-75℃，干燥时间为7-15h。优选地，所述表面活性剂为N甲基吡咯烷酮，且相对于1mmol的所述含I元素的化合物，所述表面活性剂的用量为0.3-0.5mg。本专利技术第三方面提供了上述所述的超薄碘氧化铋光催化剂或上述所述的制备方法制备得到的超薄碘氧化铋光催化剂应用于可见光下催化氧化油田废水中的聚丙酰胺。根据本专利技术提供的技术方案，具有以下优点：(1)本专利技术优化了超薄碘氧化铋光催化剂的制备工艺，具有降低成本、简化生产流程的特点；(2)本专利技术的超薄碘氧化铋光催化剂具有双层结构，并具有超薄的性质，提高了光催化活性；(3)使用本专利技术的超薄碘氧化铋光催化剂，在波长大于420nm的可见光辐照下，原始COD为100mg/L的聚丙烯酰胺溶液在2h内去除率为95％，大幅提高了光催化性能；(4)本专利技术采用无毒组分，减少了对人体健康和生态环境的危害；(5)本专利技术制备得到的超薄碘氧化铋光催化剂不需要添加其他化学试剂以及其他的制备后处理，只需一步原位合成，方法简单。附图说明图1是根据本专利技术的实施例1制备的改超薄碘氧化铋光催化剂的TEM图；图2是根据本专利技术的实施例1制备的超薄碘氧化铋光催化剂的XRD谱图。具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。第一方面，本专利技术提供了一种超薄碘氧化铋光催化剂，其中，所述超薄碘氧化铋光催化剂的表达式为BiOI，所述超薄碘氧化铋光催化剂的形貌为粉末状，厚度为0.20-0.25nm，优选为0.21-0.24nm，比表面积为270-330m2/g，优选为275-320m2/g，更优选为280-310m2/g。在本专利技术中，该催化剂具有双层结构，具有较高的比表面积，超薄特性，提高了催化活性，能够更好地在可见光下(在波长大于420nm的可见光辐照下)光催化氧化去除页岩气油田废水中的聚丙烯酰胺，另外，该超薄碘氧化铋光催化剂无毒，减少了对人体健康和生态环境的危害。第二方面，本专利技术提供了一种超薄碘氧化铋光催化剂的制备方法，其中，该方法包括以下步骤：(1)将含铋元素的化合物与水混合得到混合物A；(2)配制含I元素的醇溶液B；(3)将含I元素的化合物的醇溶液B滴加到混合物A中进行反应，搅拌一定时间后加入一定量的表面活性剂；(4)将步骤(3)得到的反应物洗涤干燥；根据本专利技术的制备方法，所述含铋元素的化合物的用量可以在比较宽泛的范围内，没有特别限定，只要保证所制备的超薄碘氧化铋光催化剂中的含I元素的化合物与含铋元素的化合物的含量的摩尔比为1：1即可，例如，所述含I元素的与含铋元素的化合物的用量的摩尔比可以为1：(1-2)，优选为更本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超薄碘氧化铋光催化剂，其特征在于，所述超薄碘氧化铋光催化剂的表达式为BiOI，所述超薄碘氧化铋光催化剂为粉末状，厚度为0.21‑0.24nm，比表面积为280‑310m2/g。

【技术特征摘要】
1.一种超薄碘氧化铋光催化剂，其特征在于，所述超薄碘氧化铋光催化剂的表达式为BiOI，所述超薄碘氧化铋光催化剂为粉末状，厚度为0.21-0.24nm，比表面积为280-310m2/g。2.根据权利要求1所述的超薄碘氧化铋光催化剂，其中，所述超薄碘氧化铋光催化剂的表达式为BiOI。3.一种超薄碘氧化铋光催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将含铋元素的化合物与水混合得到混合物A；(2)配制含I元素的醇溶液B；(3)将含I元素的化合物的醇溶液B滴加到混合物A中进行反应，搅拌一定时间后加入一定量的表面活性剂；(4)将步骤(3)得到的反应物洗涤干燥。4.根据权利要求3所述的制备方法，其中，所制备超薄碘氧化铋光催化剂的表达式为BiOI。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其中，所述含I元素的化合物与含铋元素的化合物的用量的摩尔比为1：(1-2)：(1.5-2.5)。6.根据权利要求3或5所述的制备方法，其中，含铋元素的化合物为五水硝酸铋；含I元素的化合物为碘化钾和/或碘化钠，优选为碘化钾。7.根据权利要求3所述的制备方法，其中，在步骤(1)中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：白杨，石晛，王平全，叶利群，邓嘉丁，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51