復(fù)合光催化劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)環(huán)保光催化材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種負(fù)載型天然沸石/812020)3^?04復(fù)合光催化劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)境污染和能源短缺是目前人類(lèi)所面臨的兩大難題，為解決這兩大難題，光催化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。光催化技術(shù)的特點(diǎn)在于能利用太陽(yáng)光直接分解水體和空氣中的有機(jī)污染物，使其礦化為無(wú)毒無(wú)害的小分子化合物如0)2和H2O,降解過(guò)程無(wú)二次污染，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的綠色環(huán)境治理技術(shù)。然而，光催化過(guò)程中電子與空穴的復(fù)合率較高，光量子效率低，致使光催化劑活性下降，嚴(yán)重制約了光催化技術(shù)在能源及環(huán)境方面的實(shí)際應(yīng)用。因此，開(kāi)發(fā)高效的光催化劑對(duì)于環(huán)境污染和能源短缺這兩個(gè)世紀(jì)難題的解決有著重要的意義。
[0003]在眾多的光催化材料中，鉍系光催化劑以其獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的可見(jiàn)光吸收能力和較高的有機(jī)物降解能力引起了研宄者的極大興趣。Bi2O2CO3是一種新型的光催化材料，其禁帶寬度為3.4eV，當(dāng)受到能量不低于其帶隙的光照射時(shí)，會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴，具有較強(qiáng)的還原性和氧化性，能直接將有機(jī)污染物降解成無(wú)毒無(wú)害的水和二氧化碳。但Bi2O2CO3*激發(fā)產(chǎn)生電子與空穴的復(fù)合率較高、光量子效率低，不能滿(mǎn)足工業(yè)應(yīng)用的需要。對(duì)Bi2O2CO3進(jìn)行改性并將其固定在適當(dāng)?shù)妮d體上，是提高其光催化活性和重復(fù)使用性能的有效方法，并且已成為當(dāng)前的重要研宄方向之一。半導(dǎo)體復(fù)合等是改善扮2020)3光催化性能的有效手段，根據(jù)不同半導(dǎo)體導(dǎo)帶和價(jià)帶能級(jí)的差異，使光生載流子得到有效的分離，降低載流子的復(fù)合幾率，提高量子效成為提高光催化材料性能的有效的方法。81?04是鉍系氧化物中另外一種重要的光催化材料，禁帶寬度為3.85eV，其獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)使其具有較寬的吸收帶隙和較高的光催化活性。研宄表明，Bi2O2CO3*催化劑的導(dǎo)帶電勢(shì)Ecb=0.16eV，價(jià)帶電勢(shì)Evb=3.56eV，而B(niǎo)iPO4光催化劑的導(dǎo)帶電勢(shì)E ra=0.43eV，價(jià)帶電勢(shì)Evb=4.28eV。在扮202(:03^?04復(fù)合半導(dǎo)體中，Bi 2020)3的導(dǎo)帶電勢(shì)更負(fù)，光生電子容易從能級(jí)低的Bi2O2CO3導(dǎo)帶迀移到能級(jí)高的BiPO4導(dǎo)帶上；同時(shí)，BiPOd^價(jià)帶電勢(shì)更正，光生空穴容易從能級(jí)高的BiPO4價(jià)帶迀移到能級(jí)低的Bi 202C(Vi介帶上，從而提高光生電荷的分離效率，進(jìn)而提尚其光催化活性。
[0004]但是Bi2O2CO3-BiPO4復(fù)合光催化劑在實(shí)際使用過(guò)程中由于其粒徑較小，容易團(tuán)聚致其光催化活性降低。所以，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中如廢水處理時(shí)，必須將Bi2O2CO3-BiPO4復(fù)合光催劑負(fù)載于一定的載體上才能使用。天然沸石屬于架狀鋁硅酸鹽礦物，具有孔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及優(yōu)良的離子交換和吸附性，比表面積等特點(diǎn)，成為光催化劑牢固負(fù)載和均勻分散的理想載體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種光催化活性高且易分離回收的負(fù)載型天然沸石作12020)3^?04復(fù)合光催化劑。
[0006]本發(fā)明解決的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供了一種操作簡(jiǎn)單、易于控制且成本低廉的負(fù)載型天然沸石/Bi2OfO3-BiPO4復(fù)合光催化劑制備方法。
[0007]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案，一種負(fù)載型天然沸石/812020)3^?04復(fù)合光催化劑，其特征在于是通過(guò)將Bi 2020)3^卩04復(fù)合型光催化劑與載體顆粒天然沸石復(fù)合而形成的，其中載體顆粒天然沸石與Bi2O2CO3-BiPO4復(fù)合型光催化劑的質(zhì)量比為1-3: LBi2O2CO3-BiPO4復(fù)合型光催化劑中[PO/-]與[Bi3+]的摩爾比為0.05:1。
[0008]本發(fā)明所述的負(fù)載型天然沸石/Bi2O2CO3-BiPO4復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟:(1)在攪拌條件下將二水合磷酸二氫鈉、五水硝酸鉍、尿素按摩爾比0.05:1:3的比例和去離子混合均勻，攪拌溶解后加氨水調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為4，再加入載體顆粒天然沸石，其中載體顆粒天然沸石的質(zhì)量為Bi2O2CO3-BiPO4復(fù)合型光催化劑質(zhì)量的1-3倍，然后將混合溶液在室溫的條件下繼續(xù)攪拌2小時(shí)；(2)將步驟(I)所得的混合溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，然后將水熱反應(yīng)釜放入微波消解儀中于180-200°C微波反應(yīng)10-30分鐘，經(jīng)冷卻、過(guò)濾、洗滌、干燥后得到具有高催化活性的負(fù)載型天然沸石/Bi2O2CO3-BiPO4復(fù)合光催化劑。
[0009]進(jìn)一步限定，步驟(I)中所述的硝酸秘的摩爾濃度為0.05-0.lmol/L。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:以天然礦物天然沸石作為812020)3^?04復(fù)合型光催化劑的載體，可以使Bi 202C03-BiP04復(fù)合型光催化劑牢固地與天然礦物結(jié)合，進(jìn)而使光催化性能更穩(wěn)定持久；另外，在廢水處理應(yīng)用中，還可以利用天然沸石的孔道結(jié)構(gòu)和吸附性能將廢水中的有機(jī)物有效地吸附到Bi2O2CO3-BiPO^合型光催化劑的表面，增加光催化劑與污染物的接觸幾率，達(dá)到提高光降解效率和降解速率的目的，同時(shí)還可以大大降低光催化劑的制備成本。
【具體實(shí)施方式】
[0011]以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但不應(yīng)該將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
[0012]實(shí)施例1
Cl)在攪拌條件下，將物質(zhì)的量分別為0.5X10_3mol、0.0lmoK0.03mol的二水合磷酸二氫鈉、五水硝酸秘、尿素用去離子水配成混合水溶液，使硝酸秘的摩爾濃度為0.05mol/L，攪拌溶解后加氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值為4，加入7.722g天然沸石，然后將混合溶液在室溫的條件下繼續(xù)攪拌2小時(shí)；
(2)將步驟(I)所得的混合溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，然后將水熱反應(yīng)釜放入微波消解儀中于180°C微波反應(yīng)30分鐘，經(jīng)冷卻、過(guò)濾、洗滌、干燥后得到具有高催化活性的負(fù)載型天然沸石作12020)3^?04復(fù)合光催化劑。
[0013]實(shí)施例2
Cl)在攪拌條件下，將物質(zhì)的量分別為0.5X10_3mol、0.0lmoK0.03mol的二水合磷酸二氫鈉、五水硝酸秘、尿素用去離子水配成混合水溶液，使硝酸秘的摩爾濃度為0.08mol/L，攪拌溶解后加氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值為4，加入5.148g天然沸石，然后將混合溶液在室溫的條件下繼續(xù)攪拌2小時(shí)；
(2)將步驟(I)所得的混合溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，然后將水熱反應(yīng)釜放入微波消解儀中于180°C微波反應(yīng)20分鐘，經(jīng)冷卻，過(guò)濾，洗滌、干燥后得到具有高催化活性的負(fù)載型天然沸石作12020)3^?04復(fù)合光催化劑。
[0014]實(shí)施例3
Cl)在攪拌條件下，將物質(zhì)的量分別為0.5X10_3mol、0.0lmoK0.03mol的二水合磷酸二氫鈉、五水硝酸鉍、尿素用去離子水配成混合水溶液，使硝酸鉍的濃度為0.1 mol/L，攪拌溶解后加氨水調(diào)節(jié)溶液的PH值為4，加入2.574g天然沸石，然后將混合溶液在室溫的條件下繼續(xù)攪拌2小時(shí)；
(2)將步驟(I)所得的混合溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，然后將水熱反應(yīng)釜放入微波消解儀中于200°C微波反應(yīng)10分鐘，經(jīng)冷卻、過(guò)濾、洗滌、干燥后得到具有高催化活性的負(fù)載型天然沸石作12020)3^?04復(fù)合光催化劑。
[0015]以上實(shí)施例描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明原理的范圍下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)均落入本發(fā)明保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種負(fù)載型天然沸石/Bi 2020)3^卩04復(fù)合光催化劑，其特征在于是通過(guò)將8“02(:03^?04復(fù)合型光催化劑與載體顆粒天然沸石復(fù)合而形成的，其中載體顆粒天然沸石與Bi2O2CO3-BiPO4復(fù)合型光催化劑的質(zhì)量比為1-3:1，Bi 202C03_BiP04復(fù)合型光催化劑中[PO43I 與[Bi3+]的摩爾比為 0.05:1。2.一種權(quán)利要求1所述的負(fù)載型天然沸石/Bi 202(:03^?04復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟:(I)在攪拌條件下將二水合磷酸二氫鈉、五水硝酸鉍、尿素按摩爾比0.05:1:3的比例和去離子混合均勻，攪拌溶解后加氨水調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為4，再加入載體顆粒天然沸石，其中載體顆粒天然沸石的質(zhì)量為Bi2O2CO3-BiPO4復(fù)合型光催化劑質(zhì)量的1-3倍，然后將混合溶液在室溫的條件下繼續(xù)攪拌2小時(shí)；(2)將步驟(I)所得的混合溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，然后將水熱反應(yīng)釜放入微波消解儀中于180-200°C微波反應(yīng)10-30分鐘，經(jīng)冷卻、過(guò)濾、洗滌、干燥后得到具有高催化活性的負(fù)載型天然沸石/Bi2O2CO3-BiPO4復(fù)合光催化劑。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載型天然沸石/Bi2O2CO3-BiPO4復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于:步驟(I)中所述的硝酸鉍的摩爾濃度為0.05-0.lmol/Lo
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種負(fù)載型天然沸石/Bi2O2CO3-BiPO4復(fù)合光催化劑及其制備方法，屬于無(wú)機(jī)環(huán)保光催化材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的技術(shù)方案要點(diǎn)是通過(guò)將Bi2O2CO3-BiPO4復(fù)合型光催化劑與載體顆粒天然沸石復(fù)合而形成的。本發(fā)明還公開(kāi)了該負(fù)載型天然沸石/Bi2O2CO3-BiPO4復(fù)合光催化劑的制備方法。本發(fā)明利用天然沸石的孔道結(jié)構(gòu)和吸附性能將廢水中的有機(jī)物有效地吸附到Bi2O2CO3-BiPO4復(fù)合型光催化劑的表面，增加催化劑與污染物的接觸幾率，達(dá)到提高光降解效率和降解速率的目的，同時(shí)還可以大大降低光催化劑的制備成本。
【IPC分類(lèi)】B01J27/192, C02F1/30, C02F101/30, B01J35/10, B01J21/16
【公開(kāi)號(hào)】CN104971707
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510296224
【發(fā)明人】劉玉民, 張鵬, 呂華
【申請(qǐng)人】河南師范大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年10月14日
【申請(qǐng)日】2015年6月3日