一种富缺陷BiOCl/TPP复合光催化剂的制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于功能复合材料领域，涉及一种富缺陷BiOCl/TPP复合光催化剂的制备方法，步骤为：将Bi(NO

【技术实现步骤摘要】
一种富缺陷BiOCl/TPP复合光催化剂的制备方法及其应用
本专利技术属于功能复合材料领域，具体涉及一种富缺陷BiOCl/TPP复合光催化剂的制备方法及其应用。
技术介绍
随着经济的快速发展，环境污染尤其是水资源污染日趋严重。有机污染物(如抗生素等)对水体中微生物和生物的生存产生了威胁，破坏了水体的自净能力，严重影响了人类的健康。运用光催化技术降解水体中有机污染物被认为是目前最有前景的治理水体污染的有效途径。半导体光催化剂由于具有特殊的电子结构而被广泛应用于光催化降解水体中有机污染物的研究。BiOCl材料是一种新型的层状半导体光催化剂，其具有优良的可见光响应性和催化活性，受到了光催化领域研究人员的广泛关注。然而，BiOCl材料在光照下所产生的光生电子和空穴只有很少的部分可以迁移至材料表面并参与催化反应，催化效率较低，限制了BiOCl材料在光催化降解有机污染物领域的进一步应用。因而可以考虑将BiOCl削薄，形成少层或单层的超薄纳米片结构。同时，在BiOCl超薄纳米片的基面上挖一些坑，形成富缺陷，这些富缺陷将会缩短载流子的迁移距离，使光生载流子能够快速从材料内部迁移至表面参与有机污染物的催化降解反应。为了进一步解决BiOCl材料光吸收范围窄、太阳光利用率不高的问题，对BiOCl材料进行复合得到复合光催化剂是目前该研究领域解决上述问题的方法之一。卟啉类化合物(如四苯基卟啉(TPP)等)是一类具有大共轭体系的杂环化合物，其具有优异的能量-电子传递性能。目前，已有报道将卟啉应用于光催化降解领域；如AijianWang等人利用回流搅拌法成功制备得到了TPP/Bi2O2CO3复合光催化剂，但是在制备过程中使用了有毒试剂四氢呋喃，而且该复合光催化剂仅对结构简单的RhB有降解效果；此外，JingZhang等人采用回流法制备得到了MTPP/g-C3N4复合光催化剂，制备过程中同样以四氢呋喃为溶剂，制得的该光催化剂作用于RhB的降解。以上复合光催化剂在制备过程中均使用了有毒试剂四氢呋喃，脱离了绿色环保的理念，不利于实际生产，且仅对结构简单的RhB有光催化降解效果。尽管将卟啉类化合物用作光催化剂已受到研究人员的关注，然而到目前为止，卟啉化合物与BiOCl材料复合用作光催化降解抗生素类有机物的研究，国内外均无文献报道。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的不足，本专利技术旨在解决所述问题之一，提供一种富缺陷BiOCl/TPP复合光催化剂的制备方法，可用于在可见光下高效催化降解水体中有机污染物。为了实现以上目的，本专利技术的具体步骤如下：(1)将Bi(NO3)3·5H2O溶解于甘露醇溶液中，在搅拌条件下加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和NaCl溶液，然后继续搅拌一段时间得到混合液；将混合液转移至高压反应釜中，在一定温度条件下进行反应，反应后冷却至室温，经过滤、洗涤、真空干燥，得到超薄BiOCl；(2)将步骤(1)中得到的超薄BiOCl分散于乙二醇中，超声条件下进行搅拌，得到混合液，然后转移至高压反应釜中，在一定温度条件下进行反应，反应后冷却至室温，经过滤、洗涤、真空干燥，得到富缺陷BiOCl；(3)将步骤(2)中得到的富缺陷BiOCl分散于乙醇a中，得到混合溶液A；再将四苯基卟啉(TPP)分散于乙醇b中，得到混合溶液B；将混合溶液B滴加到混合溶液A中，得到混合溶液C，搅拌一段时间后，将混合溶液C转移至高压反应釜中，在一定温度条件下进行反应，反应后冷却至室温，经过滤、洗涤、真空干燥，得到富缺陷BiOCl/TPP复合光催化剂。优选的，步骤(1)中所述Bi(NO3)3·5H2O，甘露醇溶液和PVP的用量比为0.5～1mmoL:15～35mL:0.2～0.4g；所述甘露醇溶液的浓度为0.1mol/L。优选的，步骤(1)中所述Bi(NO3)3·5H2O和NaCl溶液中NaCl的摩尔比为1:1。优选的，步骤(1)中所述搅拌一段时间为30～60min；所述一定温度条件为140～180℃，反应的时间为3～6h。优选的，步骤(2)中所述超薄BiOCl与乙二醇的用量比为0.1～0.3g:15～25mL。优选的，步骤(2)中所述搅拌的时间为1～3h；所述一定温度条件为120～160℃，反应的时间为8～16h。优选的，步骤(3)中所述富缺陷BiOCl与乙醇a的用量比为0.1～0.3g:15～25mL；所述TPP与乙醇b的用量比为0.002g～0.015g:5～10mL。优选的，步骤(3)中所述混合溶液A与混合溶液B的体积比为1～2:1。优选的，步骤(3)中所述搅拌一段时间为30～60min；所述一定温度条件为120～160℃，反应的时间为8～14h。优选的，步骤(1)～(3)中所述真空干燥的温度均为40～80℃，时间均为6～12h。其中，步骤(3)中所述的乙醇a、乙醇b均是常规的乙醇试剂，为了区分分别加上字母a和b。本专利技术与现有技术相比具有以下显著优点：(1)本专利技术在超薄BiOCl的制备过程中以合成水溶性高分子PVP为溶剂，PVP毒性低，且具有优异的溶解性能和生物相容性，制备过程无污染物排放，绿色环保。(2)本专利技术制备富缺陷BiOCl/TPP复合光催化剂的反应温度介于120～160℃，该温度区间能够更好地控制富缺陷BiOCl超薄纳米片的形貌，光生载流子能够更快地迁移至表面有效参与有机污染物的光催化降解反应。(3)本专利技术在技术上采用富缺陷BiOCl材料与卟啉化合物TPP复合，制备了超薄纳米片层结构的富缺陷BiOCl/TPP复合光催化剂，利用二者的协同效应提高光催化剂对太阳光的利用率，促进光生载流子的有效分离效率，在可见光下催化降解水体中有机污染物的活性相比BiOCl材料，降解效率提升了45％以上，效果显著，为新型复合光催化剂的设计和水污染治理提供了新的思路。附图说明图1是本专利技术实施例1制得的富缺陷BiOCl/TPP复合光催化剂的EDS图。图2中a为实施例1制备的超薄BiOCl的TEM图、b为实施例1制备的富缺陷BiOCl的TEM图，c为实施例1制备的富缺陷BiOCl/TPP复合光催化剂的TEM图。图3中a为实施例1制备的超薄BiOCl瞬态光电流图，b为实施例1制备的富缺陷BiOCl瞬态光电流图，c为实施例1制备的富缺陷BiOCl/TPP复合光催化剂的瞬态光电流图。图4中a为实施例1制备的超薄BiOCl催化降解盐酸四环素的曲线图；b为实施例1制备的富缺陷BiOCl催化降解盐酸四环素的曲线图；c为实施例1制备的富缺陷BiOCl/TPP复合光催化剂催化降解盐酸四环素的曲线图。图5中a为实施例1制备的超薄BiOCl的DRS图；b为实施例1制备的富缺陷BiOCl的DRS图；c为实施例1制备的TPP的DRS图；d为实施例1制备的富缺陷BiOCl/TPP复合光催化剂的DRS图。具体实施方式下面结合具体实施例和说明书附图对本专利技术作进一步说明，并且本专利技术的保护范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种富缺陷BiOCl/TPP复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：/n(1)将Bi(NO

【技术特征摘要】
1.一种富缺陷BiOCl/TPP复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)将Bi(NO3)3·5H2O溶解于甘露醇溶液中，在搅拌条件下加入聚乙烯吡咯烷酮和NaCl溶液，然后继续搅拌一段时间得到混合液；将混合液转移至高压反应釜中，在一定温度条件下进行反应，反应后冷却至室温，经过滤、洗涤、真空干燥，得到超薄BiOCl；
(2)将步骤(1)中得到的超薄BiOCl分散于乙二醇中，超声条件下进行搅拌，得到混合液，然后转移至高压反应釜中，在一定温度条件下进行反应，反应后冷却至室温，经过滤、洗涤、真空干燥，得到富缺陷BiOCl；
(3)将步骤(2)中得到的富缺陷BiOCl分散于乙醇a中，得到混合溶液A；再将四苯基卟啉分散于乙醇b中，得到混合溶液B；将混合溶液B滴加到混合溶液A中，得到混合溶液C，搅拌一段时间后，将混合溶液C转移至高压反应釜中，在一定温度条件下进行反应，反应后冷却至室温，经过滤、洗涤、真空干燥，得到富缺陷BiOCl/TPP复合光催化剂。


2.根据权利要求1所述的一种富缺陷BiOCl/TPP复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述Bi(NO3)3·5H2O、甘露醇溶液和聚乙烯吡咯烷酮的用量比为0.5～1mmoL:15～35mL:0.2～0.4g；所述甘露醇溶液的浓度为0.1mol/L。


3.根据权利要求1所述的一种富缺陷BiOCl/TPP复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述Bi(NO3)3·5H2O和NaCl溶液中NaCl的摩尔比为1:1。


4.根据权利要求1所述的一种富缺陷BiOCl...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄燕，赵佩，夏杰祥，缪昊池，华明清，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32