一種光催化劑及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光催化領(lǐng)域，具體涉及一種光催化劑及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]可持續(xù)發(fā)展是一個(gè)世界性的問題。然而，環(huán)境污染特別是水體污染等問題日益嚴(yán)重。各種有害污染物累積在水體、土壤和空氣等環(huán)境中不僅嚴(yán)重破壞了生態(tài)平衡，也危害著人類的生命與健康。另外，經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要消耗大量的能源，正在引發(fā)新的能源危機(jī)，而大量的開采和使用傳統(tǒng)礦產(chǎn)能源本身就會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的環(huán)境問題。
[0003]半導(dǎo)體光催化技術(shù)是一種利用光能進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化的技術(shù)，自1972年日本科學(xué)家Fujishima和Honda報(bào)道Ti02可以利用紫外光光解水產(chǎn)生氫氣和氧氣以來，半導(dǎo)體光催化技術(shù)就開始受到了極大的關(guān)注[1]。目前半導(dǎo)體光催化技術(shù)在室內(nèi)空氣凈化、公共場所的保潔除菌和污水處理等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。目前，T12因?yàn)榫哂谢瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無毒、低成本等優(yōu)點(diǎn)成為應(yīng)用最廣泛的光催化材料，但是由于T12還存在著如光生電子空穴復(fù)合率高、對(duì)可見光的利用率低以及回收困難等缺陷，使其應(yīng)用范圍受到了極大制約[2]。因此，開發(fā)能夠有效利用太陽能，綠色環(huán)保的新型高效光催化材料具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0004]鉍系材料因其在可見光(λ>420ηπι)區(qū)具有良好的光吸收性能，而且其形貌具有多樣性而得到了廣泛關(guān)注和深入研究。鉍和其他金屬形成的復(fù)合材料同樣具有良好的可見光催化性能[3—6]。如鹵氧化鉍(B1X(X = Cl，Br，I))，其一般具有四方晶形結(jié)構(gòu)，是由[Bi2O2]片層與兩層鹵素元素交替排列形成的片層狀結(jié)構(gòu)，其中B1I因?yàn)榫哂凶钚〉慕麕挾?約1.SOeV)并且在可見光區(qū)有很好的吸收而受到了廣泛關(guān)注[3]。此外，BiVO4是一種η型直接半導(dǎo)體材料，具有較窄的禁帶寬度(約2.4eV)，在可見光照下具有較高的催化活性，在環(huán)境凈化和新能源開發(fā)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，成為目前廣泛研究的光催化劑之一[4]。但是由于單體光催化劑中光電子-空穴分離較慢，光生載流子易復(fù)合，導(dǎo)致半導(dǎo)體材料的光催化性能受限，而通過半導(dǎo)體復(fù)合構(gòu)建復(fù)合材料可以加速電子-空穴分離，提高材料的光催化性能[5，6]。因此，急需在光催化領(lǐng)域開發(fā)合成新型復(fù)合催化劑。
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種光催化劑及其制備方法和應(yīng)用。
[0012]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)施:
[0013]一種光催化劑，光催化劑為Bi0I/BiV04異質(zhì)結(jié)復(fù)合物，其，由B1I和BiVO4組成，B1I與BiVO4的摩爾比為18:1?1:18。
[0014]所述B1I與BiVO4的摩爾比為9:1?1:9。
[0015]一種光催化劑的制備方法，將KI和NH4VO3分散于過量的乙醇水溶液中，得分散液A;同時(shí)，將Bi(NO3)3.5H20溶解于過量的乙醇水溶液中，得分散液B;在攪拌的情況下將溶液A逐滴加入到溶液B中，將上述懸濁液攪拌40?80min后轉(zhuǎn)移到水熱釜中，160?200°C水熱12?36h，水熱結(jié)束后，經(jīng)過抽濾、洗滌和50?100°C干燥3?24h后可得到具有片狀及花球狀狀結(jié)構(gòu)的 Bi0I/BiV04。
[0016]所述KI和NH4VO3之間的用量關(guān)系1:18?18:1;分散液A和分散液B之間的用量關(guān)系1:2?2:1;分散液B中Bi(NO3)3.5H20中終濃度為0.25?lmol/L。
[0017]所述獲得分散液A和分散液B采用攪拌分散10?60min。
[0018]所述乙醇水溶液乙醇與水體積比為I: I。
[0019]一種光催化劑的應(yīng)用，所述Bi0I/BiV04異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑作為用于水體中的殺菌劑。
[0020]所述Bi0I/BiV04異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑在降解染料中的應(yīng)用。
[0021 ]所述Bi0I/BiV04異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑在水體凈化中的應(yīng)用。
[0022]Bi0I/BiV04異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑應(yīng)用于水體中，對(duì)有害微生物銅綠假單胞桿菌(P.aeruginosa)和染料污染物亞甲基藍(lán)(MB)的可見光催化殺滅和降解，采用500W氣燈作為光源，其波長范圍為420?760nm;所述微生物濃度為108cf u/mL;所述亞甲基藍(lán)濃度為20mg/L；所述Bi0I/BiV04異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑的用量為1.0mg/mL。
[0023]其光催化活性具體測試方法為:采用500W氙燈作為光源，輔以濾光片;將微生物和亞甲基藍(lán)溶液加入到反應(yīng)器中，然后加入B1VBiVO4異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑，暗態(tài)吸附達(dá)到平衡后開始光照，光照過程中間隔一定時(shí)間取樣，通過平板計(jì)數(shù)法和紫外可見分光光度法測定存活細(xì)菌濃度和殘余亞甲基藍(lán)濃度，計(jì)算殺滅率和降解率。所述的光源為氙燈，其波長范圍為420?760nm;所述微生物濃度為108cfu/mL;所述亞甲基藍(lán)濃度為20mg/L;所述B1I/BiVO4異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑的用量為1.0mg/mL。
[0024]本發(fā)明的有益效果在于:
[0025]本發(fā)明通過將B1I和BiVO4復(fù)合，構(gòu)建形成具有異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，加速光生載流子在復(fù)合材料表面的分離，進(jìn)而提高光催化性能，對(duì)B1I和BiVO4兩種材料在光催化領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用具有重大意義。具體:
[0026](I)本發(fā)明采用簡單的共沉淀-水熱合成法制備B1VBiVO4異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑，制備方法工藝簡單、易于控制、成本低廉；
[0027](2)本發(fā)明制備的Bi0I/BiV04異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑，具有良好的可見光吸收性能；
[0028](3)本發(fā)明制備的Bi0I/BiV04異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑可見光催化活性相比B1I和BiVO4均顯著提高，在500W氙燈照射下，1.0mg/mL Bi0I/BiV04異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑對(duì)濃度為108cfu/mL的微生物120min內(nèi)殺滅率可達(dá)到99.99% ,對(duì)濃度20mg/L的亞甲基藍(lán)240min內(nèi)實(shí)現(xiàn)完全降解；
[0029](4)本發(fā)明制備