本發(fā)明涉及一種可見光驅(qū)動的半導(dǎo)體光觸媒、其制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有半導(dǎo)體光觸媒主要以TiO₂為主。由于TiO₂近代寬度較大（3.2ev），只有波長低于387nm的紫外光才能激發(fā)，即便是通過摻雜、貴金屬沉積、負(fù)載等技術(shù)實現(xiàn)可見光響應(yīng)，也只能在極其有限的氛圍內(nèi)利用太陽光，在太陽光驅(qū)動下幾乎沒有催化效果。若利用紫外光進行照射，會產(chǎn)生大量的O₃，對人體有害，不適于室內(nèi)、車載等密閉空間使用，也不適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

目前，大氣污染、水污染已迫在眉睫，現(xiàn)有技術(shù)和政策多為在線監(jiān)控、預(yù)測預(yù)防等，還沒有有效的技術(shù)治理現(xiàn)有的水、氣污染物，本發(fā)明有助于解決環(huán)境污染問題，推進生態(tài)文明建設(shè)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的問題時提供一種可見光驅(qū)動的半導(dǎo)體光觸媒、制備方法及其應(yīng)用。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種可見光驅(qū)動的半導(dǎo)體光觸媒的制備方法，其特征在于，包括步驟：

（1）直接向a-Bi₂O₃水濁液中滴加濃鹽酸和FeCl₃溶液，在0-100℃下密封加熱攪拌一定時間；優(yōu)選的加熱溫度為90℃，優(yōu)選的加熱攪拌時間為0.5-2h；更一步優(yōu)選的加熱攪拌時間是1h。

（2）將步驟（1）中所得的混合物水洗除去多余H⁺，在一定溫度下干燥一定時間后制得半導(dǎo)體光觸媒Fe(III)-BiOCl/Bi₂O₃。作為優(yōu)選地，水洗至少進行3次，優(yōu)選的干燥溫度為110℃，干燥時間為10h。

優(yōu)選地，步驟（1）之前還包括水熱法制備a-Bi₂O₃原料，a-Bi₂O₃原料的制備步驟包括：

稱取一定量的Bi(NO₃)₃˙5H₂O溶解于稀HNO₃溶液中，滴加適量NaOH（1g/2ml）溶液至完全沉淀，加熱，水洗三次，120℃干燥10h，在馬弗爐中煅燒450℃ 5h制得a-Bi₂O₃。

本發(fā)明還包括用上述方法獲得的半導(dǎo)體光觸媒產(chǎn)品，該半導(dǎo)體光觸媒是在a-Bi₂O₃體相上產(chǎn)生BiOCl并負(fù)載Fe(III)形成的Fe(III)-BiOCl/Bi₂O₃，及該產(chǎn)品在去除污水中有機污染物及重金屬離子、去除空氣中有害氣體、玻璃制品的防霧、及玻璃或建筑物表面自清潔中的應(yīng)用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是：

（1）本發(fā)明方法簡單，重復(fù)性強，且所用材料均為無機化合物，廉價易得，可實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)；

（2）本發(fā)明所得光觸媒是在a-Bi₂O₃體相上生成BiOCl并負(fù)載Fe(III)，區(qū)別于傳統(tǒng)的物理技術(shù)（機械的將兩種光觸媒通過物理方法放在一起），有利于光生電子和光生空穴的轉(zhuǎn)移和分離，拓寬可見光相應(yīng)范圍至650nm，大大提高光催化活性；

（3）可見光（650nm）照射下，F(xiàn)e(III)-BiOCl/Bi₂O₃半導(dǎo)體光觸媒在降解有機染料、工業(yè)廢水、生活污水及揮發(fā)性氣體（甲醛、苯、氮氧化物等）等方面，效果顯著；具體地，在可見光驅(qū)動下，該光觸媒能夠高效降解液體中高濃度有機污染物（氮氧化物、烷烴、芳香烴等），適用于江河污水、湖泊藻類、工業(yè)（印刷、印染、紡織、電鍍重金屬離子、生物醫(yī)藥、石油化工等）污水、生活（氮磷化合物、農(nóng)藥化肥、細(xì)菌等）污水等領(lǐng)域；快速清除揮發(fā)性異味或有毒氣體（甲醛、芳香烴、SO₂、CO、氮氧化物等），適用于新裝修房間、冰箱、汽車內(nèi)部、教室、辦公、娛樂等場所；將此種光觸媒均勻噴在玻璃上，能夠預(yù)防玻璃預(yù)冷生成霧氣而模糊不清，適用于眼睛鏡片、汽車玻璃及后視鏡、浴池玻璃及其他玻璃制品；具有殺菌消毒功效，預(yù)防動植物及人類流行性疾病傳播；鑒于自清潔作用，可將此光觸媒均勻涂在高樓玻璃及外部建筑上，無需清潔工人高空作業(yè)清潔污漬；

（4）激發(fā)光響應(yīng)范圍拓寬至650nm，依然具有良好的光催化活性，可利用多種光源：可見光（太陽光、漫反射光、日光燈）、紫外光等；

（5）光催化活性高：均使用100mg光觸媒降解100ml的羅丹明b溶液，本發(fā)明在300w 波長大于650nm氙燈照射下，5min即可降解完全；而公開（公告）號CN 104525225 A所發(fā)明的氯氧鉍/氧化鉍光觸媒，需要可見光（波長大于420nm）光照30min才能降解完全。

附圖說明

圖1是實施例1中樣品所用原料及所制得光觸媒樣品的X射線衍射圖；

圖2是實施例1中所述a-Bi₂O₃的掃描電鏡圖；

圖3是圖1中所制得的光觸媒樣品的掃描電鏡圖；

圖4是實施例1所制得的光觸媒光降解羅丹明b的降解圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。

本發(fā)明所涉及的化學(xué)藥品均可通過商業(yè)手段購買得到，其中，Bi(NO₃)₃˙5H₂O、NaOH、稀HNO₃（1.6mol/L）、濃鹽酸（12mol/L），F(xiàn)eCl₃˙6H₂O均為分析純。

實施例1

a）水熱法制備原材料a-Bi₂O₃：稱取21.56g Bi(NO₃)₃˙5H₂O溶解于稀HNO₃溶液中，滴加適量NaOH（1g/2ml）溶液至完全沉淀，加熱85℃ 2h，水洗三次，120℃干燥10h，在馬弗爐中煅燒450℃ 5h制得a--Bi₂O₃。

b）水熱法制備半導(dǎo)體Fe(III)-BiOCl/Bi₂O₃：直接向1g a--Bi₂O₃水濁液滴加濃鹽酸0.8ml和含0.01g Fe³⁺的FeCl₃水溶液，密封加熱90℃攪拌1h，樣品顏色有淡黃色逐漸變?yōu)榧t棕色，水洗三次去除多余的H⁺，110℃干燥10h，制得半導(dǎo)體光觸媒Fe(III)-BiOCl/Bi₂O₃。

對實施例1所制得的半導(dǎo)體光觸媒進行效果檢測：

如圖1所示，通過對比得知，F(xiàn)e(III)-BiOCl/Bi₂O₃的X射線衍射圖介于BiOCl和Bi₂O₃的X射線衍射圖之間。

通過對比圖2與圖3發(fā)現(xiàn)，圖3表面“粗糙”成分為 BiOCl，說明BiOCl是在a-Bi₂O₃體相表面形成的，彼此接觸緊密。

如圖4所示，分別稱取100mg Fe(III)-BiOCl/Bi₂O₃和100ml羅丹明b溶液，黑暗攪拌1h達(dá)到吸附平衡，經(jīng)300w氙燈(CHF-XM150, Trusttech)，濾光片λ> 650 nm的光照，5min可將羅丹明b降解完全。

表1是本發(fā)明樣品降解甲醛測試?yán)?，對照組及實驗組分別放置與1m³密閉玻璃容器，容器底部均勻鋪蓋1g樣品，1mg/m³的甲醛經(jīng)300W氙燈 (CHF-XM150, Trusttech)，濾光片λ> 650 nm，光照1h即可達(dá)到《居室空氣中甲醛的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，居民空氣甲醛含量不超過0.08mg/m³。

對照組是未放本發(fā)明制備的Fe(III)-BiOCl/Bi₂O₃光觸媒，其余與實驗組相同。

表1是實施例1中實驗組和對照組降解甲醛測試結(jié)果；

表2是本發(fā)明樣品除去大腸桿菌測試?yán)?，對照組及實驗組分別放置與1m³密閉玻璃容器，容器底部均勻鋪蓋1g樣品，300W氙燈 (CHF-XM150, Trusttech)，濾光片λ> 650 nm，除菌率達(dá)99%以上。

表2是本發(fā)明樣品殺死大腸桿菌測試?yán)?/p>

對照組是未放本發(fā)明制備的Fe(III)-BiOCl/Bi₂O₃光觸媒，其余與實驗組相同。

實施例2：

a）水熱法制備原材料a--Bi₂O₃：稱取21.56g Bi(NO₃)₃·5H₂O溶解于稀HNO₃溶液中，滴加適量NaOH（1g/2ml）溶液至完全沉淀，加熱85℃ 2h，水洗三次，120℃干燥10h，在馬弗爐中煅燒450℃ 5h制得a-Bi₂O₃。

b）水熱法制備半導(dǎo)體Fe(III)-BiOCl/Bi₂O₃：直接向1g a-Bi₂O₃水濁液滴加濃鹽酸0.8ml和含0.01g Fe³⁺的FeCl₃溶液，室溫攪拌2h，樣品顏色有淡黃色逐漸變?yōu)榧t棕色，水洗三次去除多余的H⁺，110℃干燥10h，制得半導(dǎo)體光觸媒Fe(III)-BiOCl/Bi₂O₃。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。