[发明专利]一种可见光响应光催化电极及其处理含铬废水的应用

说明书

技术领域

本发明涉及高级氧化技术和水处理技术领域，具体涉及利用一种可见光响应光催化电极Bi₂O₃/AgI/TiO₂-NTs对含铬废水进行光电催化处理的方法。

背景技术

重金属铬Cr(VI)是电镀、制革和印染行业废水中的常见污染组分，具有较强的致畸性和致癌性，是美国环境保护局公认的129种重点污染物之一，更是我国重点控制对象。目前，对于铬污染治理的思路是将可溶性好，易迁移，高毒性的六价铬Cr(VI)还原为毒性小100倍且易于配位沉淀的三价铬Cr(III)。

光电催化技术作为新兴的污水深度处理技术，与光催化技术比较而言，具有以下优点：一方面由于电极起到了催化剂载体的作用，这样可以有效避免催化剂的分离，从而提高催化剂的重复利用率；另一方面，光生电子在外加阳极偏压的作用下朝着对电极的方向运动，降低了电子空穴对复合率，延长了空穴的寿命，从而大大提高了催化剂对有机污染物的降解效率。

以二氧化钛(TiO₂)为代表的光催化剂，不仅能氧化降解几乎全部的有机污染物还能还原降解重金属。但是由于TiO₂是一种宽禁带半导体，其禁带宽度为3.2eV，只对太阳光中的紫外光发生响应，太阳能利用率低下。因此，有必要对TiO₂进行掺杂改性，以提升其对可见光的响应。此外，相比于TiO₂纳米颗粒，具有二维结构的TiO₂纳米管具有较高的比表面积和电池容量，更适合应用于光电催化领域。

卤化银（AgX，X：Br、I）作为一种很好的感光材料被广泛应用于摄影胶片中，在可见光区有着很高的感光度，可见光照射下能和半导体光催化一样产生光生电子-空穴对。然而，由于AgX见光易分解为金属银，很难将其单独用作光催化剂。Bi₂O₃是另外一种重要的窄带隙半导体（2.58eV），具有较好的可见光响应。但是可见光激发后产生的光生电子和空穴的复合几率非常高，Bi₂O₃的可见光催化活性仍不能满足实际应用的要求，有待进一步改进。

发明内容

本发明提供了一种可见光响应光催化电极及其处理含铬废水的应用，利用一种可见光响应的光催化电极，同时外加一定的阳极偏转电压，通过光电协同作用来对铬Cr(VI)进行处理，处理效果好，速率快，成本低。

一种可见光响应光催化电极，由如下方法制备：

将TiO₂-NTs电极浸渍于KI溶液中2～2.5小时，取出后再浸渍于pH值为10.5～11.5的AgNO₃溶液中2～2.5小时，将制得的样品用去离子水冲洗并风干，再浸泡于Bi(NO₃)₃溶液中0.5～1小时，取出风干后于马弗炉中煅烧2～2.5小时，制得Bi₂O₃/AgI/TiO₂-NTs电极。

本发明将Bi₂O₃、AgI、TiO₂-NTs三者有机结合到一起，以TiO₂-NTs为基底，通过Bi₂O₃和AgI的协同改性，在外加偏压的辅助下，能够扬长避短，大幅提升可见光的利用率，抑制电子-空穴复合，提高AgI的稳定性，进而大幅提升光催化性能。

本发明利用Bi₂O₃/AgI/TiO₂-NTs电极的可见光响应和电子传递的性能，Bi₂O₃和AgI协同作用，使得光生电荷更容易分离，配以一定电压抑制光生电子和空穴对复合，光电协同将水体中六价铬Cr(VI)还原为毒性小100倍、易于配位沉淀的三价铬Cr(III)。

所述的Bi₂O₃/AgI/TiO₂-NTs电极为利用AgI纳米粒子改性的TiO₂纳米管电极材料，并在AgI/TiO₂-NTs电极上负载Bi₂O₃，对TiO₂-NTs电极进行了多元性的改性。

所述TiO₂-NTs电极由如下方法制备：