[发明专利]一种水相分散型光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种水相分散型光催化剂，具体地说是一种水相分散型BiOCl光催化剂、其制备方法以及其在处理有机污染物中的应用，属于无机合成光催化剂技术领域。

背景技术

近些年，随着染料工业和餐饮行业的飞速发展，染料废水污染和废油脂排放问题加剧。其中，染料难以被普通氧化剂氧化或微生物降解，造成严重的水体、土壤及生态环境污染；废弃油脂则因其主要成分大分子甘油三酯脱羧和转酯化反应的发生条件苛刻而难以被处理。因此，寻找出一种快速经济有效的方案解决染料废水和甘油三酯脱羧反应，是实现可持续发展和全民健康生活的关键问题。

多相光催化氧化技术利用可再生清洁太阳能处理有机污染物，因其具有反应过程简单、迅速、彻底、无二次污染等优点而备受关注。与传统TiO₂光催化剂相比，BiOCl作为一种间接带隙半导体，具有更高的导带位置和更宽的禁带宽度(Appl. Catal. B 2006, 68: 125–129.)，促使激发电子在其内部的跃迁过程中必须经过布里渊区的某K点才能到达导带，有效地降低了光生电子-空穴对的复合率，提高了催化剂量子利用率(Chem. Commun. 2011, 47: 6951–6953; Appl. Catal. B 2013, 132–133: 332–341.)。此外，BiOCl的微观结构是由[Bi₂O₂]²⁺层和双Cl^?离子层交替组成的层状结构，保证光催化反应过程中，结构内部有足够空间来完成相应的原子和原子轨道的极化，产生诱导偶极矩作用，加快电荷移动速率，增强其自身光催化性能。因此，BiOCl光催化剂受到了该领域国内外研究者的广泛关注，被认为是一种极具应用前景的光催化材料。

目前，关于BiOCl光催化剂的研究主要集中在粉体的研制及其固定化技术研发，而关于水相分散型BiOCl光催化剂未见报道。故本发明一种水相分散型BiOCl光催化剂的制备方法无论在新型光催化剂的研发和制备技术发展还是催化剂循环利用方面都有重要的指导和启迪意义。

发明内容

本发明提供一种水相分散型BiOCl光催化剂，属于新型光催化剂研发、太阳能光催化剂制备技术、有机污染物处理领域。本发明还提供了该水相分散型BiOCl光催化剂的制备方法和应用，将水相分散型BiOCl光催化剂在太阳光或模拟太阳光或紫外光照射下，均表现出对甲基橙、苯酚、双酚A优异的矿化效率和光催化甘油三酯脱羧能力，达到实现水相分散型光催化剂高效处理有机染料和废油脂再利用技术研发之目的。

本发明提供了一种水相分散型BiOCl光催化剂，其特征在于：以BiCl₃为铋源，水为溶剂，氨水为pH调节剂，六偏磷酸钠为分散剂，利用水解法在常温下制得水相分散型BiOCl光催化剂。

本发明提供了所述的水相分散型BiOCl光催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）称取含铋元素摩尔数为0.16～0.63 mmol的分析纯BiCl₃，加入盛有5～25 mL蒸馏水烧杯中，常温下磁力搅拌溶解1～2 h，形成溶液A；

（2）量取10～20 mL 27%氨水溶液，记为溶液B；

（3）将溶液B逐渐滴加到溶液A中，保持滴速为1.5 mL/min，调节pH值为6～9，充分搅拌2～4 h后，即得悬浮催化剂体系，记为悬浮液C；

（4）称取0.001～0.01 mmol的六偏磷酸钠，加入到上述悬浮催化剂体系中，再经超声波充分混合、振荡1～2 h后，即得到水相分散型BiOCl光催化剂。

本发明还提供了上述水相分散型BiOCl光催化剂降解有机污染物的应用。所述有机污染物为甲基橙、苯酚、双酚A中的任一种。

所述水相分散型BiOCl光催化剂降解有机污染物的具体方法为：在常温常压下，水相分散型BiOCl光催化剂在不同光源照射下矿化有机污染物，光催化剂用量为5～20 mL，有机染料浓度为10 mg/L。

所述光源为太阳光、模拟太阳光、紫外光、可见光的任一种。