異質(zhì)結催化劑及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種催化劑及其制備方法，具體涉及一種可見光催化活性的Bi2O3/(B1) 2C03異質(zhì)結催化劑及其制備方法，屬于光催化劑技術領域。
【背景技術】
[0002]在環(huán)境污染控制領域，光催化是一種可以通過太陽能激發(fā)半導體所產(chǎn)生的活性自由基，來實現(xiàn)環(huán)境中多種有毒有害物質(zhì)高效去除的新興技術，具有廣闊的應用前景。
[0003]目前，市場上應用最為成熟的光催化劑是T12，其最大的優(yōu)點是穩(wěn)定、無毒并且廉價易得。
[0004]然而，作為寬禁帶半導體(3.2eV)，使得1102僅能對太陽光譜中紫外光區(qū)(λ <420nm)的能量有所吸收，限制了實際應用中光催化活性的提高。為了拓寬光催化劑對可見光(420nm〈 λ <750nm)的利用，目前發(fā)展了注入金屬或非金屬摻雜、染料敏化、量子點修飾以及半導體復合異質(zhì)結等方法。其中，構建異質(zhì)結催化劑不僅能調(diào)控材料的光照吸收閾值，還可以通過能級差實現(xiàn)光生載流子的快速分離，降低電子空穴的復合程度，提高活性物種的產(chǎn)生及利用(Lu et al.J.Mater.Chem., 20 (2010) 831 - 843.) ο因此，開發(fā)制備過程簡便、催化活性高的異質(zhì)結光催化劑具有重要的實際意義。
[0005]許多研宄表明，鉍系化合物具有較好的可見光催化活性，成為當下光催化環(huán)境領域的研宄熱點(Environ.Sc1.Technol.，43(2009)2005 - 2010.)。堿式碳酸鉍((B1)2CO3)作為鉍系化合物的一種，無毒、穩(wěn)定，最初應用于醫(yī)療和保健的領域。其分子結構由Bi2O22+和CO/—層交替組成，屬于層狀即奧里維里斯化合物，具有獨特形貌，目前屬于鉍系光催化劑的研宄熱點之一。堿式碳酸鉍((B1)2CO3)帶隙范圍隨制備方法的差異在2.87到3.5eV之間浮動，因此在可見光區(qū)的催化活性有所限制。而氧化鉍(Bi2O3)則具有較窄的禁帶寬度(2.8eV)，其導電和價帶位置相對于標準氫電極(NHE)分別為+0.33和+3.13V，具有氧化水分子和氧氣產(chǎn)生高活性物種，如O2- ?和OH.自由基的能力。
[0006]通過復合(B1)2COjP Bi 203形成半導體異質(zhì)結，將更有利于材料對太陽光的吸收以及量子產(chǎn)率的提高，從而進一步提升污染物去除效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的第一個目的在于提供一種可見光催化活性的Bi2O3/(B1)20)3異質(zhì)結催化劑，第二個目的在于提供一種簡單且非常有效的Bi2O3/ (B1)2CO3異質(zhì)結的制備方法。
[0008]為了實現(xiàn)上述目標，本發(fā)明采用如下的技術方案:
[0009]一種可見光催化活性的Bi2O3/(B1)2CO3異質(zhì)結催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0010]Stepl:將五水合硝酸鉍與尿素混合溶于去離子水中，然后室溫攪拌30min形成前驅(qū)體溶液；或者，將檸檬酸鉍與尿素混合溶于去離子水中，室溫攪拌滴加濃氨水，然后室溫攪拌30min形成前驅(qū)體溶液；
[0011]Step2 JESkpl所得前驅(qū)體溶液轉(zhuǎn)移至有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應釜中，于160-180°C保溫12-24h，隨爐冷卻至室溫；
[0012]Step3:將St印2得到的粉體用去離子水、無水乙醇依次洗滌，然后于80°C真空干燥，得(B1)2CO3粉末；
[0013]St印4:把St印3得到的(B1) 20)3粉末置于400-450°C下煅燒20-60min，即得到可見光催化活性的Bi2O3/(B1)20)3異質(zhì)結催化劑。
[0014]前述的可見光催化活性的Bi2O3/(B1)2CO3異質(zhì)結催化劑的制備方法，其特征在于，在Stepl中，前述五水合硝酸秘、尿素、去離子水之間的用量關系為2.3mmol:3.0mmol:30ml ο
[0015]前述的可見光催化活性的Bi2O3/(B1)2CO3異質(zhì)結催化劑的制備方法，其特征在于，在Stepl中，前述檸檬酸鉍、尿素、濃氨水、去離子水之間的用量關系為2.5mmol:3.1mmol:10ml:30ml0
[0016]本發(fā)明的有益之處在于:
[0017](I)本發(fā)明的制備方法:先水熱處理(高壓反應釜保溫)，再經(jīng)煅燒，即可得到產(chǎn)品，不僅操作簡單，而且設備要求低，無需各種復雜的合成裝置；
[0018](2)本發(fā)明的異質(zhì)結催化劑:異質(zhì)結界面的形成有利于光生電子和光生空穴的轉(zhuǎn)移及催化活性的提高，所制備的異質(zhì)結催化劑具有比純Bi2O3和純(B1) 2C03更好的光催化性能。
【附圖說明】
[0019]圖1是(B1)2CO3粉體、Bi2O3粉體及Bi2O3/(B1)2CO3異質(zhì)結三者的XRD測試圖譜；
[0020]圖2是(B1)2CO3粉體、Bi 203粉體及Bi 203/(B1) 2C03異質(zhì)結對NO去除的去除率時間圖；
[0021]圖3是Bi2O3/(B1)2CO3異質(zhì)結的XRD測試圖譜；
[0022]圖4是Bi2O3/(B1)2CO3異質(zhì)結對NO去除的去除率時間圖；
[0023]圖5是Bi2O3/(B1)2CO3異質(zhì)結的XRD測試圖譜；
[0024]圖6是Bi2O3/(B1)2CO3異質(zhì)結對NO去除的去除率時間圖；
[0025]圖7是Bi2O3/(B1)2CO3異質(zhì)結的XRD測試圖譜；
[0026]圖8是Bi2O3/(B1)2CO3異質(zhì)結對NO去除的去除率時間圖。
【具體實施方式】
[0027]以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作具體的介紹。
[0028]實施例1
[0029]Stepl:將2.3mmol的五水合硝酸鉍與3.0mmol的尿素混合溶于30ml的去離子水中，室溫攪拌30min形成前驅(qū)體溶液。
[0030]St印2:把St印I所得前驅(qū)體溶液轉(zhuǎn)移至有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應釜中，于160°C保溫12h，隨爐冷卻至室溫。
[0031]St印3:將St印2得到的粉體用去離子水、無水乙醇依次洗滌，然后于80°C真空干燥，得(B1)2CO3粉末。
[0032]St印4:把St印3得到的(B1) 20)3粉末置于400°C下煅燒60min，即得到可見光催化活性的Bi2O3/(B1)20)3異質(zhì)結催化劑。
[0033]St印5:為了對比說明，把St印3得到的?丨0)20)3粉末置于500°C下煅燒4h，所得樣品為純相Bi2O3粉體。
[0034]對(B1)2CO3粉體、Bi 203粉體及Bi 203/(B1)2C03異質(zhì)結三者分別進行XRD測試。測試圖譜如圖1所示。
[0035]從圖1中可以看出:
[0036](I) St印3所得到的(B1)2CO3所有的衍射峰均與數(shù)據(jù)庫JCPDS卡N0.84-1752衍射峰接近，表明Step3所得到的產(chǎn)物確實是(B1)2CO3;
[0037](2) St印5所得到的純Bi2O3所有的衍射峰均與數(shù)據(jù)庫JCPDS卡N0.71-465衍射峰吻合，表明St印5所得到的產(chǎn)物確實是Bi2O3;
[0038](3)當(B1)2CO3在400°C下煅燒時，所得到的Bi 203/(B1) 2C03異質(zhì)結的衍射譜圖在27.4°、28.0°處的峰分別對應于Ct-Bi2O3的{120}和{012}晶面，表明在熱處理(煅燒)過程中發(fā)生了 (B1)2CO3向Ct-Bi2O3的轉(zhuǎn)換。
[0039]對(B1)2CO3粉體、Bi 203粉體及Bi 203/(B1)2CO3異質(zhì)結三者分別進行可見光光催化活性測試，以空白體系即無催化劑體系做背景消除:
[0040]以NO為目標污染物在連續(xù)流動反應器中進行光催化降解試驗。以300W的氙燈為照射光源，通過濾光片濾掉波長λ < 400nm的光線。將包含0.2g催化劑粉末樣品的培養(yǎng)皿放置在具有石英玻璃視窗的連續(xù)流動反應器中，通入起始濃度為400ppb的NO。待氣流穩(wěn)定后，打開氙燈測試。通過NO光學分析儀(美國熱電，model 42c)動態(tài)監(jiān)測反應器中的NO濃度。以NO出口濃度與初始濃度的比率來評價光催化劑的催化性能。