[发明专利]一种具备光催化活性的卤氧化铋光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种卤氧化铋光催化剂的制备方法。

背景技术

随着科学技术不断地发展，环境问题日益严峻，特别是那些在自然界中难降解、对人体和自然危害极大的有机污染物，如黄曲霉素、二噁英、染料、洗涤剂、农药、塑料等。这些有机物被生物体摄入后不易分解，沿着食物链浓缩放大，并能在大气环境中远距离迁移，不仅易导致全球范围污染，还具有致癌性，对人类生存繁衍和可持续发展构成严重威胁。大多数污染物难以自身进行降解，都要借助一定的催化剂，因此寻找和制备合适的高活性的催化剂成为当今的研究热点。

光催化氧化技术因其具有低成本、无污染的优点，可直接利用低密度的太阳光降解和矿化水和空气中的各种污染物，从而在有毒污染物处理领域具有很大的潜力。其中最为典型的就是传统纳米二氧化钛催化剂，可以高效地降解多种有毒的有机污染物。但由于其存在着必须用紫外光作为光源的应用瓶颈和电子空穴容易复合的难题，目前寻找一种新型的光催化剂以克服二氧化钛所具有的问题是非常重要的。系列光催化剂卤氧化铋BiOX（X= Cl、Br、I）是一种新型的半导体材料，同时具有独特的开放式结构和间接跃迁模式，有利于空穴-电子对的有效分离和电荷转移，从而有较好的光性能和催化性能，能够在光照的条件下有效地降解有毒污染物，成为当今光催化领域的研究热点。

在实际应用中，如何低成本、简单有效地制备出高活性的、稳定的光催化剂是非常重要的，也是限制催化剂应用范围的关键性因素。目前卤氧化铋的制备方法主要有水解法、软模板法、水热法和高温固相法等。水解法（Zhang K L. Study of the electronic structure and photocatalytic activity of the BiOCl photocatalyst[J]. Applied Catalysis B. Environ, 2006, 68: 125-129.）操作简单、对设备要求不高，适合大规模生产，但是容易造成局部浓度过高，从而使产品分散性差，颗粒的大小不均，形貌不易控制。水热法（杨帆. 环境友好的BiOBr新型光催化剂的制备、表征及其性能研究[J]. 洁净煤技术, 2008, 14(6): 46-48.）能够提供高温高压的极度条件，通过对反应参数（如pH值、反应温度和反应时间等）的控制，实现对产物粒径、形貌的初步控制。高温固相法（苏勉曾. LaOBr-BiOCl体系及其发光[J]. 高等学校化学学报, 1982, 5: 12-15.）操作比较简单，但制备的卤氧化铋粒度很难控制，均匀性比较差。软模板法（Henle J. Nanosized BiOX (X=Cl, Br, I) Particles Synthesized in Reverse Microemulsions[J]. Chem. Mater, 2007, 19(3): 366-373.）可以利用表面活性剂形成的胶束或反胶束结构作为微反应器制备纳米粒子，对组装过程具有指导作用，使组装过程更完善。 

发明内容

  一种具备光催化活性的卤氧化铋光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

采用含有等物质的量的阳离子表面活性剂和卤化钠NaX(X= Cl、Br、I)的水溶液，和硝酸铋水溶液混合后，控制pH为5~8，在温度120~200 ℃下加热反应12~20 h，即可得到卤氧化铋。

在1 L水介质中添加0.002~0.003 mol阳离子表面活性剂和0.002~0.003 mol卤化钠NaX(X= Cl、Br、I)，再添加0.001~0.002 mol硝酸铋水溶液，控制pH为7，在温度160~180 ℃下加热反应16~18 h，即可得到卤氧化铋。

反应控制中控制铋离子与卤离子的物质的量比为1:1.5。

所述阳离子表面活性剂为吡啶类表面活性剂。

所述阳离子表面活性剂为十六烷基硫酸吡啶。

本发明提供的具备光催化活性的卤氧化铋光催化剂的制备方法，与传统的卤氧化铋的制备方法比较，条件温和，反应过程简单，一步反应就能得到较高纯度的催化剂，另外采用了阳离子表面活性剂十六烷基硫酸吡啶，该表面活性剂具有稳定的吡啶环，这将有利于制备出具备稳定结构的卤氧化铋，提高卤氧化铋的结晶度、比表面积等结构特性，这使卤氧化铋的光催化活性得到了很大的提高，对于难以降解的无色七肽环的大分子藻毒素都能有高效的催化活性。

通过本发明得到的具备光催化活性的卤氧化铋光催化剂，在进行光催化降解有毒有机污染物时具有以下优势：