一种卤氧化铋光催化剂及其制备方法和应用

本申请实施例涉及光催化材料，特别是涉及一种卤氧化铋光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、光催化技术在解决能源短缺和环境污染问题方面具有巨大的潜力。光催化技术之所以能够得到快速的发展，其核心是光催化剂的种类与选取。选择正确的光催化剂，可以有效提高其效率。在种类繁多的光催化剂中，卤氧化铋(biox，x＝cl、br)是一类化学性质稳定、电子结构独特的片层材料，被认为是具有潜在应用价值的可见光响应型半导体光催化剂。氯氧化铋(biocl)是一种典型的层状半导体光催化剂，由于其低毒性、廉价易得、独特的晶体表面效应和容易调节的电子带结构，已被广泛用于光催化反应中。biocl是一种常见的铋基光催化材料，它是一种三元型半导体化合物，得益于独特的层状结构，具有良好的光催化性能。但biocl电子-空穴对复合率较高，光催化活性受到很大限制。溴氧化铋(biobr)具有合适的禁带宽度和稳定的物理化学性质，在光催化领域具有潜在的应用前景，但对于单组分的biobr而言，其光催化活性仍受到可见光利用率低和电荷载流子复合率高等因素的制约，限制了其进一步应用。

2、现有公开号为cn116713012a的中国专利公开了一种铁掺杂氯氧化铋可见光催化材料的制备方法，以cacl2、fecl3·6h2o和bi2o3为基本原料，通过简单水解法制备出了铁掺杂氯氧化铋(简称fe-biocl)可见光催化材料。虽然通过fe3+对biocl进行了掺杂改性，促进界面电荷转移，从而获得更高的可见光驱动催化活性，但性能效果依然不好，40min才差不多降解完rhb。现有公开号为cn110227505a的中国专利公开了一种以nbcl5为前驱体，在类钙钛矿bi4nbo8cl上原位合成nb2o5和biocl的制备方法，其采用球磨-煅烧法合成类钙钛矿材料bi4nbo8cl，再通过溶剂热原位合成引入nb2o5和biocl，虽然引入的biocl成为电子捕获中心，降低光生载流子的复合机率，但其降解性能也不是很好，1h才差不多降解完rhb。

3、现有公开号为cn107519903a的中国专利公开了一种溴氧化铋-硫化镉纳米复合光催化剂及其制备方法，该专利首先利用十六烷基三甲基溴化铵和硝酸铋反应制备溴氧化铋纳米片，然后在溴氧化铋纳米片上反应生成硫化镉纳米晶量子点，但硫化镉纳米晶量子点属于含重金属量子点，使用过程中会释放镉离子，对环境造成二次污染。现有公开号为cn115475636a的中国专利公开了一种溴氧化铋基光催化材料及其制备方法和应用，尽管通过掺杂硫磷量子点使得硫磷量子点本身参与电荷传输分布在溴氧化铋上，促进了电荷的分离和传输，使溴氧化铋有更窄的带隙，但其性能效果依然不好，对于rhb，其在20min降解仅达70％。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请实施例提供一种卤氧化铋光催化剂及其制备方法和应用，通过酸腐蚀辅助共沉淀法制得了卤氧化铋光催化剂，在20min内已接近100％降解，提高了铋基光催化剂的可见光响应及光催化性能，能够有效克服上述现有技术所存在的缺陷。

2、本申请实施例第一方面提供一种卤氧化铋光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

3、步骤一、将铋盐溶于稀硝酸溶液中，在室温下混合搅拌均匀，标记为溶液a；将碳酸盐溶于水中，室温下搅拌均匀，标记为溶液b；

4、步骤二、将所述溶液b缓慢滴加至所述溶液a中，待滴加完毕后，常温搅拌进行共沉淀反应，离心，洗涤、干燥后得到前驱体；

5、步骤三、将所述前驱体放入氢卤酸溶液中，超声后在室温下混合搅拌均匀，离心、洗涤、干燥后得到卤氧化铋光催化剂。

6、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤一中，所述铋的可溶性盐采用bi(no3)3·5h2o，所述稀硝酸溶液的浓度为0.05～0.15mol/l。

7、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤一中，所述碳酸盐采用k2co3，所述bi(no3)3·5h2o:k2co3的用量摩尔比为4:10。

8、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤二中，采用注射泵将所述溶液b缓慢滴加至所述溶液a中，所述注射泵注射速度为10ml/h。

9、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤二中，所述共沉淀反应时间为2h。

10、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤二或步骤三中，所述干燥采用真空干燥箱进行，所述干燥温度为60℃，干燥时间为2h。

11、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤三中，所述氢卤酸溶液浓度为0.05～0.15mol/l；所述氢卤酸溶液为hcl溶液或hbr溶液。

12、本申请实施例第二方面还提供一种如上述的制备方法制得的卤氧化铋光催化剂。

13、本申请实施例第三方面还提供一种如上述的卤氧化铋光催化剂在降解有机染料中的应用。

14、在可以包括上述实施例的一些实施例中，包括以下步骤：将卤氧化铋光催化剂与有机污染物的水溶液混合，搅拌，在黑暗条件下达到吸附-解吸平衡后，在可见光波长范围光照条件下进行光催化反应，完成对有机污染物的去除；所述卤氧化铋光催化剂的添加量为每毫升有机污染物的水溶液中添加卤氧化铋光催化剂16mg；所述有机污染物的水溶液中含有有机污染物10mg/l；所述有机污染物为罗丹明b、孔雀石绿或亚甲基蓝；所述可见光波长范围≥420nm，所述光照射灯源为led灯，功率为100w；所述光催化反应在室温下进行，所述光催化反应时间为30-240min。

15、本申请实施例与现有技术相比，具有如下有益效果：

16、(1)本申请使用酸腐蚀辅助共沉淀法合成卤氧化铋光催化剂，与传统的水热法或共沉淀法相比拥有更好的性能且合成成本低、能耗少、无需高温高压、合成过程简单，适用于工业及批量生产，得到的光催化剂具有广阔的应用前景；

17、(2)本申请的卤氧化铋光催化剂对有机污染物的光催化性能明显增强，对有机污染物的削减程度较高；

18、(3)本申请的卤氧化铋光催化剂具有较好的可见光响应能力、较强的光催化性能且状态稳定，多次循环后仍能保持较强的光催化活性。

技术特征：

1.一种卤氧化铋光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的卤氧化铋光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述铋的可溶性盐采用bi(no3)3·5h2o，所述稀硝酸溶液的浓度为0.05～0.15mol/l。

3.根据权利要求2所述的卤氧化铋光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述碳酸盐采用k2co3，所述bi(no3)3·5h2o:k2co3的用量摩尔比为4:10。

4.根据权利要求1所述的卤氧化铋光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤二中，采用注射泵将所述溶液b缓慢滴加至所述溶液a中，所述注射泵注射速度为10ml/h。

5.根据权利要求1所述的卤氧化铋光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述共沉淀反应时间为2h。

6.根据权利要求1所述的卤氧化铋光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤二或步骤三中，所述干燥采用真空干燥箱进行，所述干燥温度为60℃，干燥时间为2h。

7.根据权利要求1所述的卤氧化铋光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述氢卤酸溶液浓度为0.05～0.15mol/l；所述氢卤酸溶液为hcl溶液或hbr溶液。

8.一种如权利要求1～7中任一项所述的制备方法制得的卤氧化铋光催化剂。

9.一种如权利要求8所述的卤氧化铋光催化剂在降解有机染料中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：将卤氧化铋光催化剂与有机污染物的水溶液混合，搅拌，在黑暗条件下达到吸附-解吸平衡后，在可见光波长范围光照条件下进行光催化反应，完成对有机污染物的去除；所述卤氧化铋光催化剂的添加量为每毫升有机污染物的水溶液中添加卤氧化铋光催化剂16mg；所述有机污染物的水溶液中含有有机污染物10mg/l；所述有机污染物为罗丹明b、孔雀石绿或亚甲基蓝；所述可见光波长范围≥420nm，所述光照射灯源为led灯，功率为100w；所述光催化反应在室温下进行，所述光催化反应时间为30-240min。

技术总结本申请实施例涉及一种卤氧化铋光催化剂及其制备方法和应用，属于光催化材料技术领域。本申请实施例的卤氧化铋光催化剂的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将铋盐溶于稀硝酸溶液中，在室温下混合搅拌均匀，标记为溶液A；将碳酸盐溶于水中，室温下搅拌均匀，标记为溶液B；步骤二、将溶液B缓慢滴加至所述溶液A中，待滴加完毕后，常温搅拌进行共沉淀反应，离心，洗涤、干燥后得到前驱体；步骤三、将前驱体放入氢卤酸溶液中，超声后在室温下混合搅拌均匀，离心、洗涤、干燥后得到卤氧化铋光催化剂。本申请实施例所提供的卤氧化铋光催化剂，对有机染料具有高效催化降解性能。技术研发人员：宋忠诚,肖旭,李孟,孙丽侠受保护的技术使用者：江苏理工学院技术研发日：技术公布日：2024/7/18