一種新型硒酸鉍光催化劑及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料制備及環(huán)境污染治理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型砸酸鉍光催化劑及其制備方法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著染料合成、印染工業(yè)等的不斷發(fā)展和各種染料的大量使用，通過各種途徑進入環(huán)境的染料數(shù)量和種類不斷增加，染料造成的環(huán)境污染日趨嚴(yán)重。染料廢水具有難降解物質(zhì)多、有機物成分復(fù)雜、濃度高、毒性大等特點，而目前治理這種廢水的傳統(tǒng)方法主要有物理處理、生物處理以及一些常規(guī)的化學(xué)處理。這些傳統(tǒng)的處理手段并不能徹底消除污染物，因此發(fā)展一種綠色、無污染的處理手段勢在必行。
[0003]半導(dǎo)體光催化技術(shù)因其反應(yīng)條件溫和、無二次污染以及可利用太陽光等優(yōu)點被認(rèn)為是一種理想的能夠解決能源危機和環(huán)境問題的技術(shù)之一。光催化技術(shù)是一種高級氧化技術(shù)，其原理是光催化劑如二氧化鈦(T12)在紫外光的作用下，產(chǎn)生空穴和電子，并進一步通過化學(xué)作用產(chǎn)生具有高活性的各種自由基等一些高活性基團，參與氧化還原反應(yīng)降解污染物。這種技術(shù)對有機物具有很強的礦化能力，從而使有毒的有機物完全礦化成無機物或轉(zhuǎn)化為無污染的產(chǎn)物。然而，傳統(tǒng)的打02等光催化劑存在光響應(yīng)范圍窄、太陽能利用率低等問題，嚴(yán)重制約了光催化技術(shù)的發(fā)展。解決這些問題的關(guān)鍵仍然集中在光催化劑的開發(fā)上。近年來，國內(nèi)外學(xué)者在開發(fā)和研究新型光催化劑方面做了大量的探索工作，如開發(fā)了一系列新型的無機光催化劑及有機光催化劑。因此，開發(fā)和研究光催化性能好的新型光催化劑仍然是目前乃至今后相當(dāng)一段時期內(nèi)光催化領(lǐng)域中的研究熱點。
[0004]在已發(fā)展的新型光催化劑中，硅酸鉍因其獨特的半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)和較高的穩(wěn)定性等特點，得到學(xué)者們廣泛地關(guān)注。然而，目前硅酸鉍主要是通過溶劑熱法合成，制備過程較難控制。根據(jù)文獻報道，砸酸鉍是具有與硅酸鉍類似的結(jié)構(gòu)，該物質(zhì)具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。同時，對該材料的光吸收性能測試，顯示其具有光響應(yīng)及合適的禁帶寬度，這些性質(zhì)預(yù)示著砸酸鉍是一類潛在的具有開發(fā)前景的新型光催化劑。然而在以往砸酸鉍的合成中一般采用高溫固相法，即以SeOjP Bi 203為前驅(qū)體封裝于高真空(約0.1 Pa)的安瓿瓶中，再高于 700-900 °C 條件下鍛燒(St.Yordanov, et al., J.Therm.Anal.Calorim.，2001，65，971 - 974 ；0.A.Dityatyevj et al.，Solid State Sc1.，2004，6，915-922)。然而該方法得到的產(chǎn)物中一般都伴有未反應(yīng)的SeOjP Bi 203，以及雜質(zhì)產(chǎn)物Bi2Se3O9和Bi 2Se40n，從而使反應(yīng)得到的樣品純度不高；另一方面，其操作方法復(fù)雜，需要高真空密封的安瓿瓶作為反應(yīng)器，而且該反應(yīng)器的可循環(huán)使用性較差，因此將造成實際生產(chǎn)中生產(chǎn)成本的上升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種新型砸酸鉍光催化劑及其制備方法與應(yīng)用，為解決當(dāng)今能源和環(huán)境問題提供了一種新材料。該砸酸鉍光催化劑的制備條件溫和，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)率較高，所制得的材料穩(wěn)定性良好，具有較大的應(yīng)用潛力。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種新型砸酸鉍光催化劑，其化學(xué)式為Bi2Se05。
[0007]所述新型砸酸鉍光催化劑是以氯化鉍、砸粉為起始物，聚乙烯吡咯烷酮為絡(luò)合劑，檸檬酸為絡(luò)合劑和還原劑，通過水熱合成法得到8123%前驅(qū)體，再采用熱氧化法制得具有光催化活性的Bi2Se05m米顆粒；其具體包括以下步驟:
1)將2mmol氯化鉍、3 mmol砸粉、0.05-1.0 g聚乙烯吡咯烷酮和0_1.0 g檸檬酸溶解于30-70 mL去離子水中，在快速攪拌下加入濃度為0.2 mol/L的NaOH溶液，調(diào)節(jié)pH值為8-10，繼續(xù)攪拌30 min后，于210°C下水熱反應(yīng)24 h，然后冷卻至室溫，離心分離，沉淀物分別用蒸餾水和無水乙醇洗滌，80°C真空干燥得到Bi2Se3前驅(qū)體；
2)稱取0.2-1 g 81#%前驅(qū)體于坩禍中，并置于馬弗爐中，在空氣氣氛下、于300-600°C條件下煅燒0.5-10 h，得到Bi2SeO5納米顆粒，即為所述砸酸鉍光催化劑。
[0008]所得砸酸鉍光催化劑可用于光催化降解印染廢水及空氣中的有機污染物。
[0009]本發(fā)明的顯著優(yōu)點在于:
(I)本發(fā)明首次將砸酸鉍應(yīng)用于光催化技術(shù)領(lǐng)域，開發(fā)出一種新型光催化劑。
[0010](2)本發(fā)明制備條件溫和、合成產(chǎn)率較高，克服了以往砸酸鉍合成需要的高真空和安瓿瓶密封的條件，實現(xiàn)了砸酸鉍在空氣環(huán)境中的合成；并克服了以往需要高溫(>700°C)制備的缺點，僅需300°C煅燒即可制備得到具有催化活性的Bi2Se05m米顆粒，這些操作均能顯著降低生產(chǎn)成本，且獲得的材料純度高，穩(wěn)定性好，具有較大的應(yīng)用潛力。
[0011](3)砸酸鉍光催化劑能有效地降解羅丹明B等有機污染物，特別是對印染廢水有高效的脫色作用，同時，將其應(yīng)用于室內(nèi)空氣凈化，可降解如甲醛等VOC物質(zhì)。此外，本發(fā)明砸酸鉍光催化劑在光催化反應(yīng)體系中可再生能力強，重復(fù)利用率高，具有很高的實用價值和應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0012]圖1為實施例1-5所得砸酸鉍光催化劑的X射線粉末衍射圖(XRD )。
[0013]圖2為實施例1-5所得的砸酸鉍光催化劑的紫外-可見漫反射光譜圖。
[0014]圖3為實施例1-5所得的砸酸鉍光催化劑降解羅丹明B效果圖。
【具體實施方式】
[0015]為了使本發(fā)明所述的內(nèi)容更加便于理解，下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明所述的技術(shù)方案做進一步的說明，但是本發(fā)明不僅限于此。
[0016]實施例1
將2 mmol氯化祕、3 mmol砸粉、1.0 g聚乙稀卩比略燒酮和0.5 g梓檬酸溶解于40 mL去離子水中，在快速攪拌下加入濃度為0.2 mol/L的NaOH溶液，調(diào)節(jié)pH值為8，繼續(xù)攪拌30min后，于210°C下水熱反應(yīng)24 h，然后冷卻至室溫，離心分離，沉淀物分別用蒸餾水和無水乙醇洗滌，80°C真空干燥得