[发明专利]一种三元复合光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化技术，涉及采用水热法制备BiPO₄颗粒，利用原位聚合法，在盐酸刻蚀作用下，一步制备了聚苯胺、BiOCl修饰的BiPO₄三元复合光催化剂，拓宽了BiPO₄的光谱响应范围，得到具有可见光响应三元复合光催化剂。

背景技术

目前环境污染的严重性，已成为一个直接威胁人类生存，亟需解决的焦点问题。光催化技术是从二十世纪70年代逐步发展起来的在能源和环境领域有着重要应用前景的绿色技术。该技术能使环境中的有机污染物发生氧化分解反应，最终降解为CO₂、水和无机离子等小分子物质，因此无二次污染、降解程度高被认为是目前最有前景的污染处理方法。

铋系半导体光催化剂具有良好的光催化活性，能够有效地降解有机污染物，具有良好的发展前景。大部分铋系半导体光催化剂能被可见光激发，具有可见光催化活性。少数铋系半导体光催化材料如BiPO₄只能在紫外光激发下才具有光催化活性，由于紫外光在太阳光谱中所占比例较小，极大的限制了BiPO₄的大规模应用。为了使BiPO₄能在可见光下具有光催化活性，采用合适的手段拓宽其光谱响应范围是十分必要的。近年来复合光催化剂的设计和制备是光催化领域研究的热点，常见的复合光催化剂以二元组分为主，其中有通过异质结构来提高光生电子-空穴分离的，有通过表面等离子体修饰的，也有通过金属或非金属离子掺杂的等等，都可以提高光催化剂的性能。然而三元复合光催化剂的研究目前尚较少，研究三元组分的相互协同作用对光催化性能的影响十分必要。聚苯胺作为具有良好导电性能的导电聚合物，在可见光范围内具有显著吸收，通过聚苯胺的表面修饰作用可显著提高BiPO₄的光谱响应范围。此外，BiOCl虽然也是紫外光响应的铋系光催化剂，但可以与BiPO₄的价带和导带匹配，利于光生电子和空穴的分离，与聚苯胺一起可有效改变BiPO₄表面的电子和空穴分布，影响光催化剂的表面性质，利于光催化过程中光生电子-空穴的分离，降低电子-空穴的再结合几率，进而改善其光催化活性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三元复合光催化剂及其制备方法，该方法工艺简单、成本低廉，合成的复合光催化剂光催化降解效果较好。

本发明提供用于降解有机污染物的三元复合光催化剂，其特征在于：由三组分聚苯胺、BiOCl、BiPO₄复合而成，利用聚苯胺、BiOCl与BiPO₄的协同作用，拓宽了BiPO₄的光谱响应范围，利于光生电子-空穴的分离，使复合光催化剂具有可见光催化性能，包括如下步骤：

(1)制备BiPO₄：将一定量铋盐溶解在浓度为0.1～5mol／L的硝酸溶液中，形成透明溶液，在搅拌状态下，缓慢加入0.1～0.5mol／L柠檬酸溶液5～20mL，继续搅拌0.5～1h，再加入计量比的磷酸盐溶液，其中磷酸盐的浓度控制在0.01～0.1mol／L，搅拌0.5～1h，然后转入50mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，100～240℃反应10～30h，将所得产物离心分离，并在50～100℃真空干燥，得到BiPO₄光催化剂；

(2)三元复合光催化剂的制备：取步骤(1)制备的BiPO₄光催化剂0.1～0.5g加入50mL一定浓度的盐酸溶液中超声分散，室温下加入苯胺单体，通氮气20～60分钟后，加入一定量的过硫酸铵，室温反应0.5～10h，将产物进行抽滤，用水和无水乙醇分别洗涤数次后，于60℃真空烘箱中干燥。

本发明与现有技术相比，具有显著优点：

(1)本发明采用水热法柠檬酸辅助合成BiPO₄光催化剂，再利用苯胺单体原位聚合，盐酸刻蚀作用下一步得到聚苯胺、BiOCl修饰的BiPO₄三元复合光催化剂，该方法工艺简单，易操作。

(2)本发明利用导电聚合物聚苯胺、BiOCl与BiPO₄光催化剂的协同作用，显著拓宽了BiPO₄光催化剂的光谱响应范围，使其具有可见光催化活性，并且有效增加了光催化剂表面的光生电子和空穴的分离，从而显著提高BiPO₄光催化剂的光催化活性，所制备的三元复合光催化剂光催化活性较高。

附图说明