一种锰掺杂软铋矿光催化剂及其制备方法和在同步降解六价铬和有机污染物中的应用技术

本发明专利技术公开了一种锰掺杂软铋矿光催化剂及其制备方法和在同步降解六价铬和有机污染物中的应用，其制备方法包括：将含Bi原料加入到盐酸中在室温下混匀得到透明澄清溶液，随后加入含Mn原料后搅拌并加入过量的碱液，继续搅拌得到悬浊液，最后将悬浊液置于油浴中加热搅拌，在110

【技术实现步骤摘要】
一种锰掺杂软铋矿光催化剂及其制备方法和在同步降解六价铬和有机污染物中的应用


[0001]本专利技术属于光催化材料
，更具体地，涉及一种Bi
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光催化剂及其制备方法和在同步降解六价铬和有机污染物中的应用。

技术介绍

[0002]近年来，水污染，尤其是含六价铬重金属和难降解有机物的污水带来的污染，因毒性大、浓度高且自然降解困难，对环境和人类产生巨大危害，成为污水处理的重点和难点；然而，在实际排放的废水中，重金属往往与有机污染物共存，形成复合型污水，会大大增加对其进行有效处理的难度。
[0003]光催化是一种新型绿色污水处理技术，可将有毒有害的污染物还原为弱毒性甚至没有毒性的物质，具有很强的环保优势，在处理诸多有毒有害的污染物中应用广泛且效果优异。
[0004]光催化技术的核心在于高可见光响应和低光生载流子复合率的光催化材料，提高催化效率。
[0005]半导体铋基催化材料是一种新型可见光响应的光催化剂，而锰的掺杂可有效降低光生电子
‑
空穴对的复合速率，然而，迄今为止，尚未见到有关锰掺杂软铋矿材料Bi
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在同步降解六价铬和有机污染物的研究报道。
[0006]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种锰掺杂软铋矿光催化剂及其制备方法和在同步降解六价铬和有机污染物中的应用。
[0008]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0009]一种锰掺杂软铋矿光催化剂的制备方法，包括：
[0010]将含Bi原料加入到盐酸中在室温下混匀得到透明澄清溶液，随后加入含Mn原料后搅拌并加入过量的碱液，继续搅拌得到悬浊液，最后将悬浊液置于油浴中加热搅拌，在110
‑
130℃下反应5
‑
7h后收集沉淀，即得。
[0011]在上述技术方案中，对应于1mol Bi
3+
，所述盐酸的加入量为3
‑
5L，且控制所述透明澄清溶液的pH≤2。
[0012]优选地，在上述技术方案中，所述盐酸为质量分数为36
‑
38％的浓盐酸。
[0013]在上述技术方案中，所述碱液的加入量为控制悬浊液中不再出现沉淀后继续过量加入15
‑
30％，且控制所述悬浊液的pH≥10。
[0014]优选地，在上述技术方案中，所述碱液为0.8
‑
1.3mol/L的NaOH溶液。
[0015]在上述技术方案中，所述含Bi原料在盐酸中的混合时间为30
‑
45min。
[0016]在上述技术方案中，加入所述含Mn原料后的搅拌时间为28
‑
35min。
[0017]在上述技术方案中，所述油浴的温度为115
‑
125℃，所述反应的时间为5.5
‑
6.5h。
[0018]进一步地，在上述技术方案中，所述含Bi原料为三氧化二铋、硝酸铋、乙酸铋和氯化铋中的一种或多种。
[0019]进一步地，在上述技术方案中，所述含Mn原料为硝酸锰、乙酸锰和氯化锰中的一种或多种。
[0020]进一步地，在上述技术方案中，所述含Bi原料和含Mn原料的用量为控制Bi和Mn的摩尔量之比为12∶1。
[0021]再进一步地，在上述技术方案中，所述锰掺杂软铋矿光催化剂的制备方法，还包括：
[0022]将收集得到的沉淀用去离子水洗净，在100℃下干燥10
‑
15h，冷却后研磨。
[0023]本专利技术另一方面还提供了上述制备方法制备得到的Bi
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光催化剂。
[0024]具体地，在上述技术方案中，所述Bi
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光催化剂的厚度、比表面积和片状大小分别为8
‑
10nm、3
‑
5m2/g和1
‑
3μm2。。
[0025]本专利技术又一方面还提供了上述制备方法或上述Bi
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光催化剂在同步降解六价铬和有机污染物中的应用，包括，
[0026]将所述Bi
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光催化剂加入到同时含六价铬和有机污染物的污水中，光照反应降解。
[0027]在上述技术方案中，所述Bi
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光催化剂的加入量为2g/L。
[0028]在上述技术方案中，所述污水中六价铬和有机污染物的浓度比为1∶1
‑
3。
[0029]在上述技术方案中，所述污水的pH≤3。
[0030]在上述技术方案中，所述光照的光源频率和功率分别为300
‑
600W。
[0031]在上述技术方案中，所述反应降解的时间为2.5
‑
5h。
[0032]具体地，在上述技术方案中，所述有机污染物为甲基橙、四环素、孔雀石绿、罗丹明B、刚果红和酸性红中的一种或多种。
[0033]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：
[0034](1)本专利技术所提供的锰掺杂软铋矿Bi
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光催化剂的制备方法，先将含Bi原料溶于浓盐酸中，避免水解产生杂质沉淀，同时控制透明澄清溶液中Bi
3+
的浓度为0.2
‑
0.33mol/L防止后续颗粒团聚，随后按比例加入含Mn原料后搅拌并加入过量的碱液，使得铋锰共沉淀有利于后续水热耦合，控制合理的水热温度和时间，在能够保证得到纯相Bi
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的基础上促进其向二维平面扩展生长，获得有效光辐射吸收面积较大的片状形貌，其制备方法无需高温煅烧且不用添加耦合剂，合成条件易控；
[0035](2)通过将本专利技术所制备的锰掺杂软铋矿Bi
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光催化剂加入到同时含六价铬和有机污染物的污水中，在光照下产生具有强还原性的电子与强氧化性的空穴，能够同时还原六价铬并氧化降解有机污染物，光生空穴和电子在去除污染物同时被消耗，有利于降低二者自行复合率，无需进一步添加空穴或电子消耗剂即可提高光催化消减效率；
[0036](3)本专利技术所提供的Mn掺杂软铋矿结构的Bi
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材料的带隙较宽，可以实现全光谱响应，太阳光利用效率高，且其独具的片状结构使该Bi
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材料具有较高的有效光辐射吸收面积，光生载流子产生率高且反应物不易在活性位点堆积，氧化还原反应能够及时发生，因此其光催化活性较好，化学稳定性较高，适合产业应用。
附图说明<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锰掺杂软铋矿光催化剂的制备方法，其特征在于，包括：将含Bi原料加入到盐酸中在室温下混匀得到透明澄清溶液，随后加入含Mn原料后搅拌并加入过量的碱液，继续搅拌得到悬浊液，最后将悬浊液置于油浴中加热搅拌，在110
‑
130℃下反应5
‑
7h后收集沉淀，即得。2.根据权利要求1所述的锰掺杂软铋矿光催化剂的制备方法，其特征在于，对应于1molBi
3+
，所述盐酸的加入量为3
‑
5L，且控制所述透明澄清溶液的pH≤2；优选地，所述盐酸为质量分数为36
‑
38％的浓盐酸；和/或，所述碱液的加入量为控制悬浊液中不再出现沉淀后继续过量加入15
‑
30％，且控制所述悬浊液的pH≥10；优选地，所述碱液为0.8
‑
1.3mol/L的NaOH溶液。3.根据权利要求1所述的锰掺杂软铋矿光催化剂的制备方法，其特征在于，所述含Bi原料在盐酸中的混合时间30
‑
45min；和/或，加入所述含Mn原料后的搅拌时间为28
‑
35min；和/或，所述油浴的温度为115
‑
125℃，所述反应的时间为5.5
‑
6.5h。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的锰掺杂软铋矿光催化剂的制备方法，其特征在于，所述含Bi原料为三氧化二铋、硝酸铋、乙酸铋和氯化铋中的一种或多种；和/或，所述含Mn原料为硝酸锰、乙酸锰和氯化锰中的一种或多种；和/或，所述含Bi原料和含Mn原料的用量为控制Bi和Mn的摩尔量之比为12∶1。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的锰掺杂软铋矿光催化剂的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：湛菁，王焕伟，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：