一种羟基氧化铁量子点修饰的BiOX光催化材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种羟基氧化铁量子点修饰的BiOX光催化材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种羟基氧化铁量子点修饰的BiOX光催化材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及材料科学领域和工业废水处理
，尤其涉及一种羟基氧化铁量子点修饰的BiOX光催化材料的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着经济社会的不断发展和工业产业规模的扩大，空气、水、土壤和细菌污染在内的环境问题日益严重。其中，水污染问题不容小觑，工农业废水的排放、抗生素的滥用都能对水体造成极其严重的破坏，特别是抗生素污染，具有生物毒性和累积性。在各种抗生素中，四环素（TC）广泛应用于医疗、畜禽和水产养殖业，其在环境中的残留积累已成为一个值得关注的问题。因此，寻找一种高效、绿色的处理技术一直是研究的热点。
[0003]高级氧化法（AOP）被认为是一种很有前途的解决TC污水的方案。AOP当中，光催化氧化法及芬顿氧化法作为一种可以完全矿化有机污染物的清洁技术，得到了广泛的应用和研究。近年来，光催化主要通过构建二元异质结、三元异质结、结合优良半导体材料和原子掺杂等手段实现，这些手段增强了光生电子
‑
空穴对的分离效率，提升了光催化效率。此外，传统的均相芬顿技术也得到了广泛的应用，但其对酸性环境要求过强、H2O2用量过大、铁离子回收困难等缺点，在某些程度上限制了其实际应用领域。因此，为了克服以上不足，结合两种方法的光芬顿技术被发现，这一技术还可以有效地处理TC污染。在光芬顿技术中，电子
‑
空穴对的分离主要是通过半导体的光激发实现。为此，选择合适的半导体材料非常重要。
[0004]目前，由于铋元素具有较强的光敏性，金属铋及其化合物组成的半导体材料在光催化领域的研究较为广泛。如BiOX（X=Cl、Br、I）类材料，具有Aurivillius型晶体结构的BiOX因其晶胞内正负电荷中心不重合，容易形成电偶极矩，由此产生的极化电场可以诱导体相电荷发生快速分离，这一特性使其成为近十几年来的研究热点。已经开发了BiOX类材料的不同制备方法，其中不乏调控形貌等不同的处理方法。例如，专利技术专利CN 110550657 A公开了一种水热法制备厚度可调的方形氯氧化铋的方法，虽然其形貌易于被调控合成，且对诺氟沙星的降解性能，最终未达到90%以上，且形貌调控更像是重组形成，而并非调控作用。专利CN 106492849 A公布了一种通过高温煅烧制备BiOCl超薄纳米片的制备方法，其具有更好的光催化降解有机染料罗丹明B的效率。然而，这些方法均具有耗时长，制备繁琐等缺点。专利CN105214694 A，提供了一种软模板法制备BiOCl空心壳的方法，虽然该方法能耗小、成本低，在污染治理、新能源制备和选择性催化氧化等领域都有较高的应用价值，但其本身催化降解性能较差，缺乏实际应用性能。因此，亟需开发一种过程简单、形貌易于调控的BiOX类材料的制备方法。
[0005]量子点（QDs）属于零维半导体纳米材料，具有超强的光捕获能力与光吸收系数，会促进光生载流子的分离效率，抑制其重组过程。QDs结合其他半导体材料形成异质结后还会改变电子传输路径，提升异质结的光电化学性能。如专利CN 115845852 A公开了一种活化溶解氧的钴铁量子点碳纳米线催化剂的合成方法与应用，虽然所得材料可以实现对双酚A
min。
[0017]所述步骤
⑴
和所述步骤
⑵
中极性溶剂指无水乙醇、无水甲醇和蒸馏水中的一种或两种的混合液。
[0018]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术首先在室温下通过溶剂热法中极性溶剂的诱导作用，使得产物组装得到预定的BiOX纳米板或其他形貌；然后在室温下将非晶态羟基氧化铁量子点原位均匀锚定修饰于BiOX纳米板表面，不但可以快速诱导光生电子迁移到羟基氧化铁表面，促进Fe
3+
/Fe
2+
的活性循环反应，实现对污染物的高效降解，而且制备过程简单且易于控制。
[0019]2、本专利技术在羟基氧化铁量子点的存在下，降低了材料的带隙能，即赋予了羟基氧化铁量子点修饰的BiOX光催化材料更加优异的光降解活性。
[0020]3、本专利技术所制备的羟基氧化铁量子点修饰的BiOX光催化材料应用于四环素的光芬顿降解时，其去除率能达到95%以上；对其他污染物光降解时可达到80%以上。
[0021]4、本专利技术原料易得、成本低廉。整个制备过程中无金属离子溶出，绿色环保、安全可靠，可应用于光催化降解修复抗生素污染水体和环境修复材料领域。
附图说明
[0022]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0023]图1为本专利技术实施例1所制备的羟基氧化铁量子点修饰的BiOCl光催化材料的透射电镜（TEM）图。
[0024]图2为本专利技术实施例1所制备的羟基氧化铁量子点修饰的BiOCl光催化材料的元素分布面扫（Mapping）图。
[0025]图3为本专利技术实施例1所制备的羟基氧化铁量子点修饰的BiOCl光催化材料的X射线粉末衍射（XRD）图。
[0026]图4为本专利技术实施例1所制备羟基氧化铁量子点修饰的BiOCl光催化材料对四环素的光芬顿降解图。
[0027]图5为本专利技术实施例1所制备羟基氧化铁量子点修饰的BiOCl光催化材料对不同有机污染物的光芬顿降解图。
具体实施方式
[0028]一种羟基氧化铁量子点修饰的BiOX光催化材料的制备方法，包括以下步骤：
⑴
室温下，在配备搅拌装置的容器中加入X
‑
水溶液，并在匀速搅拌下滴加Bi
3+
/醇溶液，X
‑
水溶液与Bi
3+
/醇溶液的体积比为5~25 mL：20~60 mL。搅拌5~15 min后得到混合液；混合液移入聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压水热反应釜中，于120~200℃水热反应8~16 hr，反应产物先以4000~10000 rpm离心分离5~10 min，再用极性溶剂洗涤数次后，于40~80℃干燥至恒重，即得固体状BiOX纳米板或其他形貌的纳米材料。
[0029]X
‑
水溶液是指室温下，将含X
‑
的水溶性盐与超纯水混合，搅拌10~30 min使其充分溶解，即得浓度为0.2~1.0 mmol/mL的均一溶液。含X
‑
的水溶性盐为KX、NaX、NH4X中的一种。
[0030]Bi
3+
/醇溶液是指室温下，将铋盐与醇混合溶液混合，先超声10~30 min使其分散，再以300~600 rpm磁力搅拌20~60 min，即得0.083~0.250mmol/mL的均一混合溶液。铋盐为
Bi(NO3)3·
5H2O、Bi2O3或BiCl3中的一种；醇混合溶液为无水乙醇、无水甲醇、乙二醇、正丁醇中的两种或三种组合。
[0031]⑵
室温下，将醇溶液与BiOX纳米材料混合，醇溶液为无水甲醇、无水乙醇、乙二醇中的一种。先超声5~20min使其分散，再以300~本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种羟基氧化铁量子点修饰的BiOX光催化材料的制备方法，包括以下步骤：
⑴
室温下，在配备搅拌装置的容器中加入X
‑
水溶液，并在匀速搅拌下滴加Bi
3+
/醇溶液，搅拌5~15 min后得到混合液；所述混合液移入聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压水热反应釜中，水热反应后经离心分离、极性溶剂洗涤、干燥，即得BiOX纳米材料；所述X
‑ꢀ
水溶液是指室温下，将含X
‑
的水溶性盐与超纯水混合，搅拌10~30 min使其充分溶解，即得浓度为0.2~1.0 mmol/mL的均一溶液；
⑵
室温下，将醇溶液与所述BiOX纳米材料混合，先超声5~20 min使其分散，再以300~600 rpm磁力搅拌10~35 min，即得浓度为0.0050~0.0325 g/mL的均一分散溶液；所述均一分散溶液中加入Fe
3+
盐和铵盐，继续在室温磁力搅拌条件下反应6~10 hr，反应结束后经离心分离、极性溶剂洗涤、干燥，即得羟基氧化铁量子点修饰的BiOX光催化材料。2.如权利要求1所述的一种羟基氧化铁量子点修饰的BiOX光催化材料的制备方法，其特征在于：所述步骤
⑴
中含X
‑
的水溶性盐为KX、NaX、NH4X中的一种。3.如权利要求1所述的一种羟基氧化铁量子点修饰的BiOX光催化材料的制备方法，其特征在于：所述步骤
⑴
中Bi
3+
/醇溶液是指室温下，将铋盐与醇混合溶液混合，先超声10~30 min使其分散，再以300~600 rpm磁力搅拌20~60 min，即得0.083~0.250 mmol/mL的均一混合溶液；所述铋盐为Bi(NO3)3·
5H2O、Bi2O3或BiCl3中的一种；所述醇混合溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：王荣民，曹培宇，耿瑗泽，张亚苹，何玉凤，
申请(专利权)人：西北师范大学，
类型：发明
国别省市：