/鉍系氧化物復合可見光催化劑及其制備方法與應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于功能材料技術領域，具體涉及一種g-C3N4/鉍系氧化物復合可見光催化劑及其制備方法與應用。
[0002]
【背景技術】
[0003]以半導體光催化技術處理環(huán)境中的有機或無機污染物是一種很有前景的環(huán)境修復技術。這項技術的成功主要取決于具有可見光響應的半導體光催化劑的發(fā)展。目前，石墨相的非金屬半導體g_C3N4由于其優(yōu)越的可見光響應性能而引起人們的廣泛關注。g-C 3N4的禁帶寬度約為2.7 eV，主要由一些廉價易得的前驅(qū)物(如尿素、三聚氰胺等)通過簡單的熱縮聚反應制得。然而純的g_C3N4由于其量子產(chǎn)率不高而表現(xiàn)出較低的光催化活性。構建異質(zhì)結構的復合半導體可以有效抑制光生載流子的復合，從而改善半導體的光催化活性，是一種有效的半導體光催化劑改性方法。近年來，g_C3N4/Ti02、g_C3N4/Co304等異質(zhì)結構的復合半導體相繼出現(xiàn)，有效改善了半導體的可見光催化活性。
[0004]鉍系氧化物由于其獨特的層狀結構、可控的微觀形貌以及良好的紫外或可見光催化活性而被廣泛研究應用。Bi2O3作為鉍系氧化物中最基本的單元氧化物，其能夠衍生出各種不同的鉍系氧化物，如Bi202C03、Bi0Br、Bi0Cl、Bi2W06、BiV04等。本發(fā)明主要以Bi 203為鉍源來構建g_C3N4和鉍系氧化物的異質(zhì)結構，旨在改善單一催化劑光催化活性不高的缺點。目前，構建異質(zhì)結構的方法主要是通過將其中一種已制備好的單體加入另一種單體的前驅(qū)物中，隨后形成復合材料。而本發(fā)明通過將兩種單體的前驅(qū)物直接混合，通過簡單的熱處理即生成復合材料，并且只需改變g_C3N4的前驅(qū)物即可制備不同的復合材料，這為制備g-C3N4基復合材料的制備提供了新的思路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種g_C3N4/鉍系氧化物復合可見光催化劑及其制備方法與應用。本發(fā)明采用原位制備技術，通過直接煅燒Bi2O3和不同的g-C 3N4前驅(qū)體制備g-C 3N4/鉍系氧化物復合可見光催化劑。所制得的復合光催化劑具有良好的可見光光催化活性，且穩(wěn)定耐光腐蝕。
[0006]本發(fā)明目的通過以下技術方案來實現(xiàn):
一種g_C3N4/鉍系氧化物復合可見光催化劑，所述復合光催化劑主要是由g_C3N4和鉍系氧化物組成的二元光催化劑，由于這種特殊的原位制備手段使得鉍系氧化物從g_C3N4體相內(nèi)生長出來，因而復合催化劑中兩種物質(zhì)間的接觸更為緊密，復合催化劑中g_C3N4的質(zhì)量比為 40 wt%-80 wt%0
[0007]—種g-C3N4/鉍系氧化物復合可見光催化劑的制備方法，包括以下步驟:
(I)制備Bi2O3粉體:將10?13 g Bi(NO3)3.5Η20溶于30?40 ml順03水溶液中，室溫下攪拌溶解，隨后逐滴加入NaOH溶液直至溶液的pH=ll?13，將黃色懸浮液移入80?100 °C水浴鍋中攪拌1.5?2.5 h后以去離子水洗滌至中性，將黃色沉淀于80?100 °〇烘干后置于馬弗爐中300?400 °C煅燒2?4 h即得Bi2O3粉體；所述HNO 3水溶液的濃度為I?1.5 mol/L ;所述NaOH溶液的濃度為10?12 mol/L ；
(2)g-C3N4/鉍系氧化物復合光催化劑的制備:將步驟(I)中所述的Bi2O3粉體與g-C 3N4前驅(qū)物混合，隨后將混合物移入半封閉的氧化鋁坩堝中，置于馬弗爐中通空氣煅燒得到g-C3N4/鉍系氧化物復合光催化劑。
[0008]上述方法中，步驟(I)所述攪拌的溫度為25?35 °C，攪拌速率為15?25 r/min。
[0009]上述方法中，步驟(2)所述g_C3N4前驅(qū)物為三聚氰胺、鹽酸胍、尿素、硫脲、二氰二胺中的一種以上。
[0010]上述方法中，步驟(2)所述的煅燒溫度為500?650 °C，煅燒時間為2?3 h，升溫速率為3?10 V /min。
[0011]上述方法中，步驟(2)所述g_C3N4/鉍系氧化物復合光催化劑中g-C3N4的質(zhì)量比為40 wt%-80 wt%0
[0012]一種g-C3N4/鉍系氧化物復合可見光催化劑，催化劑中的氮化碳為石墨相氮化碳，而鉍系氧化物為 Bi202C03、B1Br、B1Cl、Bi2WO6, BiVO4, B1I 中的一種以上。
[0013]一種g-C3N4/鉍系氧化物復合可見光催化劑能夠廣泛應用在廢水治理。所述廢水治理中的廢水為甲基橙染料廢水。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術中的g_C3N4基復合光催化劑的制備方法(在制備好的g-C 3N4上附著其它半導體)存在本質(zhì)上的區(qū)別，本發(fā)明采用將Bi2O3和不同g-C 3N4的前驅(qū)物混合熱處理的方法，利用Bi2O3能夠在特定環(huán)境下轉變成不同鉍系氧化物的特點，制備了不同的g-C3N4/鉍系氧化物復合光催化劑。這種原位制得的復合光催化劑中組分間的接觸很緊密，從而更有利于界面間的電荷轉移，抑制了光生載流子的復合，改善了光催化活性。
[0015]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢:
本發(fā)明的制備方法具有工藝簡單、操作簡便、原料廉價的特點，只需通過將兩中單體的前驅(qū)物直接混合，通過簡單的熱處理即生成復合材料，并且只需改變g_C3N4的前驅(qū)物即可制備不同的復合材料。所制備的復合催化劑在可見光下(lmw/cm2)表現(xiàn)出良好的光催化活性，該催化劑能夠廣泛應用在廢水治理、大氣凈化等方面。
【附圖說明】
[0016]圖1 是本發(fā)明純 g_C3N4、純 Bi2O3Jife Bi202C03、g-C3N4/Bi202C03復合光催化劑的 XRD圖；
圖2是本發(fā)明純g_C3N4、純Bi2O3、純B1Cl、g-C3N4/B1Cl復合光催化劑的XRD圖；
圖3a是純g_C3N4復合光催化劑的場發(fā)射掃描電鏡圖FE-SEM ；
圖3b是g_C3N4/Bi202C03復合光催化劑的場發(fā)射掃描電鏡圖FE-SEM ；
圖4是本發(fā)明純g_C3N4、純Bi2O3、純Bi202C03、g-C3N4/Bi202C03復合光催化劑對甲基橙的可見光催化效果圖；
圖5是本發(fā)明純g_C3N4、純Bi2O3、純B1Cl、g-C3N4/B1Cl復合光催化劑對甲基橙的可見光催化效果圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步地具體詳細描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此，對于未特別注明的工藝參數(shù)，可參照常規(guī)技術進行。
[0018]實施例1
Bi2O3粉體的制備:將10 g Bi(NO3)3AH2O溶于30 ml順03水溶液(I mol/L)中，室溫下攪拌溶解，隨后逐滴加入NaOH溶液(10 mol/L)直至溶液的pH=ll，將黃色懸浮液移入80°C水浴鍋中攪拌1.5 h后以去離子水洗滌至中性，將黃色沉淀于80 °C烘干后置于馬弗爐中300 °C煅燒3 h即得Bi2O3粉體。
[0019]實施例2
g_C3N4光催化劑的制備。稱取5 g三聚氰胺置于半封閉的氧化鋁坩堝中，移入馬弗爐后在550 °C下煅燒3 h，升溫速率為3 °C/min，自然冷卻至室溫后研磨即得g-C3N4粉體。
[0020]實施例3
g-C3N4/Bi202C03復合光催化