一种复合纳米光催化剂CDs-N-BiOCl及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及光催化水处理技术领域，具体公开了一种复合纳米光催化剂CDs‑N‑BiOCl及其制备方法与应用。所述制备方法为将CDs(碳量子点‑Carbon dots)溶于无水乙醇中，加入N掺杂的BiOCl前驱体，加热搅拌干燥后在高温下煅烧得到最终产物复合纳米光催化剂CDs‑N‑BiOCl。本发明专利技术采用的制备方法工艺简便、高效经济，制备出的CDs‑N‑BiOCl光催化剂可以很好的响应可见光，具有优异的电子空穴对分离效率，在可见光照射和过硫酸盐存在的条件下，光催化降解BPA的效率显著提高。

【技术实现步骤摘要】
一种复合纳米光催化剂CDs-N-BiOCl及其制备方法与应用
本专利技术涉及光催化水处理
，具体地说，涉及一种用于光催化降解污染物的碳量子点(CDs)与氮(N)共掺杂的氯化氧铋(BiOCl)复合纳米光催化剂的制备方法及其应用。
技术介绍
光催化技术是绿色环境友好型技术，且可以充分利用太阳能，具有低成本、无污染等优点，光催化剂作为其中的关键得到了广泛的关注。氯化氧铋(BiOCl)是一种高度各向异性的层状结构半导体，具有特殊的层状架构，这种结构有利于光催化过程中的光生载流子的转移，并降低电子和空穴的复合。除此之外，BiOCl的禁带宽度较宽，约为3.35eV，吸收边为370nm，为紫外型光催化剂。由于其特殊的层状结构、合适的禁带宽度和高化学稳定性使得BiOCl具有很好的光催化活性。碳量子点(CDs)是具有荧光性质的新型纳米碳材料，由分散的类球状碳颗粒组成，尺寸在10nm以下。相对于其他金属量子点，CDs具有化学稳定性高，无光漂白和光腐蚀现象，以及低生物毒性和良好的生物兼容性等。此外，研究发现碳量子点既是电子受体也是给电子体，具有良好的电子接受和转移能力，从而减少光生电子空穴对的复合几率。CDs的另一个重要性质是转换荧光性，其能吸收长波长光子并发射短波长光子，并将这部分短波长光子释放给吸光范围较窄的材料以拓宽其吸光范围。这些优异的性质使CDs在光催化领域受到越来越多的重视。由于BiOCl的禁带宽度较大，导致其对可见光的利用率很低，限制了其在可见光光催化领域的应用。氮(N)掺杂BiOCl在其价带顶部形成N掺杂能级，可有效缩短BiOCl的带隙宽度，从而扩大了可见光吸收范围。在此基础上引入CDs，借助于CDs的优异性能进一步扩大可见光响应范围和降低光生电子空穴对的复合几率。而目前还没有报道一种简便、高效且经济的CDs-N-BiOCl光催化剂的制备方法。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种复合纳米光催化剂CDs-N-BiOCl及其制备方法与应用。为了实现本专利技术的目的，本专利技术的技术方案如下：第一方面，本专利技术提供了一种复合纳米光催化剂CDs-N-BiOCl的制备方法，将CDs固体颗粒溶于无水乙醇，向其中加入N掺杂BiOCl(N-BiOCl)前驱体，持续加热并搅拌直到无水乙醇全部挥发，将所得粉体在300℃煅烧得到CDs-N-BiOCl，优选煅烧3小时。进一步地，所述CDs固体颗粒和N掺杂BiOCl前驱体的质量比控制在1:(4～20)之间，加热搅拌的温度为40℃。进一步地，所述CDs固体颗粒的制备方法为：将柠檬酸和尿素以(2～3):1的质量比溶于去离子水中，转移至反应釜中在180℃下水热合成反应8小时，冷却至室温后，将反应产物离心取上清液，进行真空冷冻干燥，即得；进一步地，所述N掺杂BiOCl(N-BiOCl)前驱体的制备方法为：将Bi(NO3)3·5H2O溶于1mol/L硝酸中，并将KCl溶于去离子水中，将二者混合搅拌得到白色悬浮液；通过滴加乙二胺调整悬浮液pH到7，再持续搅拌得到稳定溶液，转移至反应釜中在180℃下水热合成反应24小时；冷却至室温后，将反应产物进行离心处理，收集沉淀物并干燥，即得；其中，所述Bi(NO3)3·5H2O和硝酸的摩尔比控制在1:(8～10)；所述Bi(NO3)3·5H2O和KCl的摩尔比控制在1:1。第二方面，本专利技术提供一种复合纳米光催化剂CDs-N-BiOCl，由本专利技术前述的制备方法制备得到的。经试验验证，所述一种复合纳米光催化剂CDs-N-BiOCl在可见光照射和过硫酸盐(PS)存在的情况下，对初始浓度为15mg/L、初始pH为7的双酚A进行降解，20分钟后双酚A的降解率可达到99％以上，与现有技术相比，降解效果显著提高。第三方面，基于本专利技术所提供的复合纳米光催化剂CDs-N-BiOCl具体良好的可见光催化降解效果，本专利技术提供了所述复合纳米光催化剂CDs-N-BiOCl在光催化降解有机污染物方面的应用。所述污染物包括但不限于双酚A、苯酚、咖啡因、染料类污染物等，优选为双酚A。所述应用具体可体现为一种光催化降解双酚A的方法，即将所述复合纳米光催化剂CDs-N-BiOCl置于含有双酚A的污水中，在可见光照射和过硫酸盐存在的条件下对双酚A进行降解。所述污水的pH＝5～7为宜，污水中双酚A的初始浓度为0.5～20mg/L范围内均可使本专利技术所提供的CDs-N-BiOCl复合纳米催化剂发挥其高效的催化效果。所述过硫酸盐可选为过硫酸钾，使用浓度为0.1mol/L左右即可。本专利技术涉及到的原料或试剂均为普通市售产品，涉及到的操作如无特殊说明均为本领域常规操作。在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可以相互组合，得到具体实施方式。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供一种CDs-N-BiOCl复合纳米催化剂的制备方法，有效的将CDs和N掺杂的BiOCl前驱体组合在一起，得到一种新型的N和CDs的BiOCl复合纳米催化剂，N和CDs的共掺杂不仅拓宽了催化剂对可见光的吸收范围，而且，CDs-N-BiOCl复合纳米催化剂具有高效的光生电子空穴对分离效率，显著增强了其光催化降解BPA的效率。CDs-N-BiOCl复合纳米催化剂还具有高化学稳定性，可回收重复利用，很好的体现了本材料的环境友好性。本专利技术提供的制备方法合成的纳米复合光催化剂CDs-N-BiOCl在光催化降解有机污染物方面具有潜在应用价值，在过硫酸盐(PS)的存在下，可见光照射使得CDs-N-BiOCl复合纳米催化剂产生电子以激活PS，二者协同作用，20min后BPA降解率可达99％。附图说明图1为本专利技术实施例1中CDs-N-BiOCl复合纳米催化剂的SEM图像。图2为本专利技术实施例1中CDs-N-BiOCl复合纳米催化剂的紫外-可见漫反射图谱。图3为本专利技术实施例1中CDs-N-BiOCl复合纳米催化剂的傅里叶转化红外图谱。图4为本专利技术实验例1中CDs-N-BiOCl复合纳米催化剂与N-BiOCl前驱体可见光催化降解BPA的性能对比图。图5为本专利技术实验例1中CDs-N-BiOCl复合纳米催化剂可见光催化降解BPA的稳定性研究。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的优选实施方式进行详细说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用于对本专利技术的范围进行限制。本领域的技术人员在不背离本专利技术的宗旨和精神的情况下，可以对本专利技术进行各种修改和替换。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。实施例1步骤1：准确称取2.0g的柠檬酸和0.5g尿素溶于10ml去离子水中，然后将上述溶液转移至100mL水热合成反应釜中，180℃反应8小时。冷却至室温后，将混合物转移至离心管，高速离心30min后，取上清液进行冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合纳米光催化剂CDs-N-BiOCl的制备方法，其特征在于，将CDs固体颗粒溶于无水乙醇，向其中加入N掺杂BiOCl前驱体，持续加热并搅拌直到无水乙醇全部挥发，将所得粉体在300℃煅烧得到CDs-N-BiOCl，优选煅烧3小时。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合纳米光催化剂CDs-N-BiOCl的制备方法，其特征在于，将CDs固体颗粒溶于无水乙醇，向其中加入N掺杂BiOCl前驱体，持续加热并搅拌直到无水乙醇全部挥发，将所得粉体在300℃煅烧得到CDs-N-BiOCl，优选煅烧3小时。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述CDs固体颗粒和N掺杂BiOCl前驱体的质量比控制在1:(4～20)之间，加热搅拌的温度为40℃。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述CDs固体颗粒的制备方法为：将柠檬酸和尿素以(2～3):1的质量比溶于去离子水中，转移至反应釜中在180℃下水热合成反应8小时，冷却至室温后，将反应产物离心取上清液，进行真空冷冻干燥，即得。


4.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述N掺杂BiOCl前驱体的制备方法为：将Bi(NO3)3·5H2O溶于1mol/L硝酸中，并将KCl溶于去离子水中，将二者混合搅拌得到白色悬浮液；通过滴加乙二胺调整悬浮液pH到7，再持续搅拌得到稳定溶液，转移至反应釜中在180℃下水热合成...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨磊，雷倩，艾伟，钟丹，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61