一种铋系光催化材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供一种铋系光催化材料的制备方法，通过将亚铜盐与铋盐溶于有机溶剂中，混合均匀，获得溶液A；向溶液A中加入溴源，在高温下反应一段时间后冷冻干燥后，即得。本发明专利技术制备的铋系光催化材料在BiOBr催化材料中引入了Cu2O，能够大大提高光催化效果，并能增大催化材料的比表面积，增强其吸附性能。本发明专利技术制备方法简单易行，原料易得，成本低廉，实际应用的可能性较大。制得的铋系光催化材料在双氧水存在的条件下，光催化降解效果非常优异。光催化降解效果非常优异。光催化降解效果非常优异。

【技术实现步骤摘要】
一种铋系光催化材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及催化材料
，具体涉及一种铋系光催化材料及其制备方 法与应用。

技术介绍

[0002]染料废水是一种常见的工业废水，具有化学成分较复杂、硬度大且难以实 现彻底降解的特点，用一般的处理方法已经达不到预期效果。近年来光催化技 术在治理此类污染方面的快速发展，为降解染料废水提供了一条有效的途径。 其中，铋系氧化物降解效果尤为显著，更重要的是铋系氧化物具有较窄的带隙， 能充分吸收可见光下的光子，致使可见光的吸收范围有所拓宽，故可见光下的 光催化活性较突出。由于这些特性致使铋系半导体材料成为研究的热点。
[0003]相对TiO2半导体材料，BiOBr半导体材料在可见光下有着更优异的光催化 性能，因而成为光催领域研究的热点。BiOBr是新型半导体光催化材料，结构为 四方氟氯铅矿型，有较小的禁带宽度以及较好的可见光响应，文献报道很多种 制备BiOBr催化剂的方法，如宋小龙等通过负载Pt制备了的BiOBr纳米片结构。 丁爱琴等采用微波法同样制备出了BiOBr纳米片结构。但是，其光催化活性相 对改性后的BiOBr催化剂稍低，实际应用受到限制，因而研究者对BiOBr半导 体材料进行了改性研究，并且取得了很大成果。另外，研究发现：其光催化性 能与微观结构、晶粒大小、形貌等因素密切相关，所以，着重研究BiOBr的光 催化降解机理、形貌、制备方法、改性以及光催化性能较为重要。
[0004]Cu2O是一种典型的P型窄带隙半导体同时也是直接带隙半导体。Cu2O作 为光催化剂具有价格低廉、无毒、制备方法简单和能带带隙可变等优点，因此 在光催化技术方面有较大的应用前景。研究显示，Cu2O具有可观的光催化性能， 而复合催化要比单独催化更为优越，但是目前光催化效率依旧不高，同时，光 腐蚀也是导致氧化亚铜不能得到全面应用的原因。为了开发Cu2O的潜在能力， 必须进一步寻找更好的制备方法、工艺条件以及复合材料，提高光催化效率， 降低光腐蚀，这样才能最终实现产业化。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种铋系光催化材 料及其制备方法与应用。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种铋系光催化材料的制备方法，具体为：将亚 铜盐与铋盐溶于有机溶剂中，混合均匀，获得溶液A；向溶液A中加入溴源， 在高温下反应一段时间后冷冻干燥后，得到所述铋系光催化材料。
[0008]本专利技术制备的铋系光催化材料在BiOBr催化材料中引入了Cu2O，能够大大 提高光催化效果，并能增大催化材料的比表面积，增强其吸附性能。在反应过 程中，Bi
3+
水解生成Bi2O
2+
层状结构，同时Br
‑
插入到层中间，形成稳定的电中 和结构。反应过程中Cu
2+
容易被冰
醋酸还原为Cu
+
，而Cu
2+
/Cu
+
和Bi
3+
的离子半 径相似，可以替换结构中部分Bi
3+
，若是添加量大，可以沉积到溴氧铋表面，形 成Cu2O，起到异质结作用，强化电子转移效率，降低空穴和电子的复合率。
[0009]进一步地，所述亚铜盐与铋盐的投料量以Cu:Bi的摩尔比为0.1～0.4来计算。
[0010]进一步地，所述有机溶剂为含有乙酸的乙二醇溶液。在本方法中，乙二醇 为溶剂，乙酸起到促进盐类溶解的作用。
[0011]进一步地，所述乙酸在乙二醇溶液中的体积分数为5
‑
20％。更进一步地，所 述乙酸在乙二醇溶液中的最适体积分数为10％。
[0012]进一步地，所述溴源为含有十六烷基三甲基溴化铵的乙二醇溶液。在本发 明反应中，十六烷基三甲基溴化铵主要作用是提供溴源，同时提供一定的模板 作用，具体的，十六烷基三甲基溴化铵结构末端存在氨基和溴离子，与Bi2O
2+
之间存在非键合作用(范德华力作用)，最后使得整个分子存在于Bi2O
2+
层间。 反应完成后，用超纯水清洗时自身结构完成电离，十六烷基三甲基氨基被洗脱 掉。
[0013]进一步地，所述十六烷基三甲基溴化铵在乙二醇中的摩尔浓度为0.1mol/L。
[0014]进一步地，所述亚铜盐或铜盐为硝酸亚铜、氯化铜、硫酸铜；所述铋盐为 硝酸铋、氯化铋、乙酸铋或硫酸铋。
[0015]第二方面，本专利技术提供一种根据上述制备方法制得的铋系光催化材料。
[0016]第三方面，本专利技术还提供一种上述铋系光催化材料在降解水体污染物中的 应用。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0018](1)在铋系光催化材料中引入了Cu2O，能够大大提高光催化效果，并能增 大催化材料的比表面积，增强其吸附性能。
[0019](2)操作方法简单易行，原料易得，成本低廉，实际应用的可能性较大。
[0020](3)在双氧水存在的条件下，光催化降解效果非常优异。
附图说明
[0021]图1为实施例1
‑
3的铋系光催化材料的XRD图谱；
[0022]图2为实施例1
‑
3的铋系光催化材料对磺胺甲恶唑(SMX)的降解随光照 时间的变化图；
[0023]图3为不同条件下实施例2的铋系光催化材料对磺胺甲恶唑(SMX)的降 解随光照时间的变化图；
[0024]图4为不同双氧水浓度条件下实施例2的铋系光催化材料对磺胺甲恶唑 (SMX)的降解随光照时间的变化图。
具体实施方式
[0025]为更好的说明本专利技术的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对 本专利技术作进一步说明。
[0026]实施例1
[0027]本专利技术提供一种铋系光催化材料的制备方法，具体步骤包括：在氮气保护 下，将硝酸亚铜与硝酸铋按照Cu/Bi的摩尔比为0.1投料，溶解于100mL含体 积分数为10％乙酸的
乙二醇中，配置成溶液；并向上述溶液中加入100mL含有 0.1mol/L十六烷基三甲基溴化铵的乙二醇溶液；在180℃下反应10h后冷冻干燥。 所得的样品用10
‑
CB表示。
[0028]实施例2
[0029]本专利技术提供一种铋系光催化材料的制备方法，具体步骤包括：在氮气保护 下，将硝酸亚铜与硝酸铋按照Cu/Bi的摩尔比为0.2投料，溶解于100mL含体 积分数为10％乙酸的乙二醇中，配置成溶液；并向上述溶液中加入100mL含有 0.1mol/L十六烷基三甲基溴化铵的乙二醇溶液；在180℃下反应10h后冷冻干燥。 所得的样品用20
‑
CB表示。
[0030]实施例3
[0031]本专利技术提供一种铋系光催化材料的制备方法，具体步骤包括：在氮气保护 下，将硝酸亚铜与硝酸铋按照Cu/Bi的摩尔比为0.4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铋系光催化材料的制备方法，其特征在于：将亚铜盐与铋盐溶于有机溶剂中，混合均匀，获得溶液A；向溶液A中加入溴源，然后加热反应一段时间后冷冻干燥，得到所述铋系光催化材料。2.根据权利要求1所述的铋系光催化材料的制备方法，其特征在于：所述亚铜盐与铋盐的投料量以Cu:Bi的摩尔比为0.1～0.4来计算。3.根据权利要求1所述的铋系光催化材料的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂为含有乙酸的乙二醇溶液。4.根据权利要求3所述的铋系光催化材料的制备方法，其特征在于：所述乙酸在乙二醇溶液中的体积分数为5
‑
20％。5.根据权利要求1所述的铋系光催化材料的制备方法，其特征在于：所述溴源为含有十六烷基...

【专利技术属性】
技术研发人员：李忠群，汤东升，张世浪，龙国庆，何辉，杨永飞，
申请(专利权)人：中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：