一种BiFeO3/Bi25FeO40异质结构催化剂的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种BiFeO3/Bi25FeO40异质结构催化剂的制备方法及其应用，属于污水处理技术领域。本发明专利技术中BiFeO3/Bi25FeO40异质结构催化剂是在水热条件下一步合成，制备方法简单。BiFeO3/Bi25FeO40异质结构催化剂中，BiFeO3与Bi25FeO40形成的异质结构可抑制可见光催化剂BiFeO3光生电子和空穴的复合，同时在光、Fe

Preparation and Application of BiFeO 3/Bi25FeO 40 Heterostructure Catalyst

【技术实现步骤摘要】
一种BiFeO3/Bi25FeO40异质结构催化剂的制备方法及其应用
本专利技术属于光催化材料
，具体涉及一种BiFeO3/Bi25FeO40异质结构催化剂的制备方法及其应用，特别是涉及一种采用BiFeO3/Bi25FeO40异质结构作为光催化反应和高级氧化反应的双重催化剂在降解抗生素领域的应用。
技术介绍
我国是抗生素生产及使用大国，大量的抗生素被直接或间接排放对水环境造成二次污染，对微生物和动物、植物的生长、发育造成显著的毒害作用。令人震惊的是今年年初在江浙沪皖等地的儿童尿检中已检出兽用抗生素。寻找一种高效、环境友好的方法去除水体中的抗生素迫在眉睫。基于硫酸根自由基(SO4·-)的高级氧化技术在降解有机污染物方面展现了潜在的应用前景。这主要是因为：a.SO4·-具有更高的氧化电位，b.反应受pH值影响相对要小，c.易被光、热、过渡金属离子活化产生SO4-·。例如，中国专利申请号为201510181466.0，申请公开日为2015年7月1日的专利申请文件公开了一种光助铁酸铋活化过硫酸氢钾降解有机废水的方法。该专利中以钙钛矿结构BiFeO3为光催化剂，发生光催化反应产生光生电子和空穴降解有机污染物，同时向体系中引入过硫酸氢钾(PMS)，BiFeO3中Fe3+活化PMS产生SO4·-发生高级氧化反应，在光催化反应和高级氧化反应的协同作用下降解有机污染物。但是，窄带隙半导体材料BiFeO3的光生电子和空穴容易复合，影响了协同反应中光催化反应的效率。Bi25FeO40是BiFeO3合成过程中容易出现的伴生相，2018年1月15号，《EnvironmentalScienceandPollutionResearch》2018年第14卷第25期第13881-13893页，Kalikeri等人公开了一篇名为“Solarlight-drivenphotocatalysisusingmixed-phasebismuthferrite(BiFeO3/Bi25FeO40)nanoparticlesforremediationofdye-contaminatedwater:kineticsandcomparisonwithartificialUVandvisiblelight-mediatedphotocatalysis”(在太阳光下，利用混合相铁酸铋(BiFeO3/Bi25FeO40)纳米粒子对染料污染水进行光催化处理：动力学与人工紫外光和可见光光催化的比较)的文章，该文章公开了一种BiFeO3/Bi25FeO40的合成方法：其中五水合硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)和九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)的摩尔浓度比为1:1。分别在100ml的蒸馏水中制成0.032mol/L的五水合硝酸铋和九水合硝酸铁溶液，将硝酸铋溶液超声处理15min，然后与九水合硝酸铁溶液混合。向上述混合溶液中加入10ml的0.1mol/L的硝酸，然后加入10ml的12mol/L的KOH溶液缓慢析出沉淀混合物，搅拌1小时后，将混合沉淀物以1200rpm的速度离心10min，分离得到纳米颗粒，再用蒸馏水和乙醇洗涤。再通过离心进一步分离纳米颗粒并干燥。最后，在马弗炉中将得到的纳米颗粒在400℃下煅烧2小时，得到BiFeO3/Bi25FeO40纳米粒子。该BiFeO3/Bi25FeO40纳米粒子可用于处理染料污染的废水。但该方法制备的产物中含有部分Bi2Fe4O9杂质，且该产物只被作为异质结构催化剂参加光催化反应降解有机染料。因此，本专利技术提出一种低温一步合成BiFeO3/Bi25FeO40异质结构催化剂的制备方法，并将其作为双催化剂应用在抗生素降解领域以期提高抗生素的降解效率。
技术实现思路
1.要解决的问题针对现有BiFeO3/Bi25FeO40异质结构复合催化剂合成过程复杂繁琐、易产生杂质、合成温度较高的问题，本专利技术提供一种采用水热法一步合成BiFeO3/Bi25FeO40异质结构复合催化剂的方法，合成过程简单，并使BiFeO3/Bi25FeO40异质结构催化剂作为双催化剂在光催化反应和高级氧化反应的协同作用下降解抗生素，为抗生素的高效降解提供了新的思路。2.技术方案为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种BiFeO3/Bi25FeO40异质结构催化剂的制备方法，采用如下方法制备：将硝酸铋溶于水中，充分搅拌后加入硝酸铁，再加入氢氧化钾作为矿化剂，搅拌处理后把混合溶液装进反应釜中反应，产物经去离子水和乙醇充分洗涤后至中性，干燥，得到棕色样品，即为BiFeO3/Bi25FeO40异质结构催化剂。进一步地，采用如下方法制备：(1)BiFeO3/Bi25FeO40异质结构催化剂的合成反应过程：称取硝酸铋溶于水中，充分搅拌后加入硝酸铁，氢氧化钾作为矿化剂，其中硝酸铋：硝酸铁：氢氧化钾的质量比为1:(0.4～1.1):(2.8～13.4)，搅拌处理后把混合溶液装进反应釜中，填充度60～80％，升温至160～200℃反应5～7h，得到产物；(2)将步骤(1)中得到的产物经去离子水、乙醇充分洗涤至中性，于60℃干燥5h，得到棕色样品，即为BiFeO3/Bi25FeO40异质结构催化剂。一种BiFeO3/Bi25FeO40异质结构催化剂在降解有机污染物的应用，其中，所述的BiFeO3/Bi25FeO40异质结构催化剂是用上述方法制备得来的。进一步地，BiFeO3/Bi25FeO40异质结构催化剂在降解有机污染物的步骤为：将所述的BiFeO3/Bi25FeO40异质结构催化剂与有机污染物废水充分混合达到吸附-脱附平衡后，向体系中加入氧化剂，在异质结构光催化反应和高级氧化反应协同作用下降解水中有机污染物。进一步地，所述的异质结构催化剂浓度为0.6～1.4g/L。进一步地，所述的有机污染物为抗生素，其中，抗生素的浓度为5～50mg/L。进一步地，所述的BiFeO3/Bi25FeO40异质结构催化剂和氧化剂的质量比为(0.5～1.6)∶1。进一步地，所述的氧化剂为过硫酸氢钾。进一步地，所述过硫酸氢钾溶液的浓度为1.0～6.0mmol/L。3.有益效果相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术制备的BiFeO3/Bi25FeO40异质结构催化剂属于一步合成，制备方法简单，且样品比表面积较大、稳定性好，本身即可作为光催化材料重复使用。(2)本专利技术BiFeO3/Bi25FeO40异质结构催化剂中，BiFeO3/Bi25FeO40形成异质结构，抑制光生电子和空穴的复合，有效的提高了协同反应中光催化反应部分的效率。(3)本专利技术BiFeO3/Bi25FeO40异质结构催化剂中，由于Fe3+可以活化PMS产生SO4·-，使抗生素在高级氧化反应和光催化反应的协同作用下被降解，有效的提高了降解效率；(4)本专利技术通过一步合成BiFeO3/Bi25FeO40异质结构催化剂，利用BiFeO3与Bi25FeO40形成的异质结构抑制光催化反应中BiFeO3光生电子和空穴的复合，同时在光、Fe3+的共同作用下活化过硫酸氢钾(PMS)快速高效地产生SO4·-，使光催化反应与高级氧化反应协同作用降解抗生素(包括有机污染物)，为抗生素(包括有机污染物)的高效降解提供了广阔的应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种BiFeO3/Bi25FeO40异质结构催化剂的制备方法，其特征在于采用如下方法制备：将硝酸铋溶于水中，充分搅拌后加入硝酸铁，再加入氢氧化钾作为矿化剂，搅拌处理后把混合溶液装进反应釜中反应，产物经去离子水和乙醇充分洗涤后至中性，干燥，得到棕色样品，即为BiFeO3/Bi25FeO40异质结构催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种BiFeO3/Bi25FeO40异质结构催化剂的制备方法，其特征在于采用如下方法制备：将硝酸铋溶于水中，充分搅拌后加入硝酸铁，再加入氢氧化钾作为矿化剂，搅拌处理后把混合溶液装进反应釜中反应，产物经去离子水和乙醇充分洗涤后至中性，干燥，得到棕色样品，即为BiFeO3/Bi25FeO40异质结构催化剂。2.根据权利要求1所述的一种BiFeO3/Bi25FeO40异质结构催化剂的制备方法，其特征在于采用如下方法制备：(1)BiFeO3/Bi25FeO40异质结构催化剂的合成反应过程：称取硝酸铋溶于水中，充分搅拌后加入硝酸铁，氢氧化钾作为矿化剂，其中硝酸铋：硝酸铁：氢氧化钾的质量比为1:(0.4～1.1):(2.8～13.4)，搅拌处理后把混合溶液装进反应釜中，填充度60～80％，升温至160～200℃反应5～7h，得到产物；(2)将步骤(1)中得到的产物经去离子水、乙醇充分洗涤至中性，于60℃干燥5h，得到棕色样品，即为BiFeO3/Bi25FeO40异质结构催化剂。3.一种BiFeO3/Bi25FeO40异质结构催化剂在降解有机污染物的应用，其特征在于：所述的BiFeO3/Bi25FeO40异质结构催化剂是用权利要求1或2的方法制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：池方丽，边德军，艾胜书，李广柱，田曦，
申请(专利权)人：长春工程学院，
类型：发明
国别省市：吉林,22