[发明专利]一种钙掺杂β‑Bi2O3光催化剂及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种钙掺杂β-Bi₂O₃光催化剂及其制备方法与应用，属于材料化学领域和光电化学方法技术领域。

背景技术

随着太阳能化学的发展，半导体光催化技术以其运行成本经济、氧化能力彻底、无二次污染等优点，在污水处理中得到了广泛的关注。半导体光催化剂中存在价带和导带，价带和导带之间形成了禁带，当外界光能量大于其禁带宽度时，价带上的电子吸收能量跃迁到导带，从而使导带上产生电子(e^-)，同时价带失去电子产生空穴(h⁺)，所产生的空穴和电子分别具有一定的氧化能力和还原能力，进而可以引发氧化还原反应。

铋基化合物因具有特殊的层状结构和适当大小的禁带宽度而具有广阔的研究前景。许多铋基化合物，如氧化铋、卤氧化铋、钨酸铋、钼酸铋、铋酸盐等都具有光催化活性。其中，氧化铋作为一种先进的功能粉体材料在电子陶瓷粉体材料、电解质材料、光电材料、高温超导材料、催化剂材料等方面的应用均表现出了较好的性能和应用潜力。刘燕等制备了β-Bi₂O₃光催化剂，该催化剂具有纳米多孔片层结构，带隙宽度为2.72eV，可显著提高对可见光的吸收(刘燕，印会鸣，吴艳凤，周爱秋，许效红.多孔β-Bi₂O₃的制备及光催化性能研究[J].硅酸盐通报，2010，(04):751-756)。在光催化反应中，氧化铋接受光的激发可以产生电子、空穴、羟基自由基和氧负离子，而这些物质可以与污染物接触发生氧化还原反应，从而实现对污染物的降解。

目前的研究多集中于对氧化铋进行改性，以扩大其对可见光的响应。在改性方法中，通过掺杂金属离子制备复合型的催化剂具有效果稳定、操作简单等优势。Osterloh F E.在铋系氧化物材料中掺杂V、Mo及Pb等元素，改性后的铋系氧化物材料较之掺杂之前具有更好的催化效果和持续性，并且体现出一定的可见光响应(Osterloh F E.Inorganic Materials as Catalysts for Photochemical Splitting of Water[J].Chemical Materials,2008,20:35-54)。

但关于钙掺杂β-Bi₂O₃光催化材料的文献报道较少，需要进一步研究在合理控制反应条件的基础上增强其对可见光激活的能力，提高催化效率和重复利用率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钙掺杂β-Bi₂O₃光催化剂的制备方法。

本发明的目的还在于提供一种由上述制备方法得到的钙掺杂β-Bi₂O₃光催化剂。

本发明的目的还在于提供上述钙掺杂β-Bi₂O₃光催化剂在污水处理中的应用。

为达上述目的，本发明提供了一种钙掺杂β-Bi₂O₃光催化剂的制备方法，其包括以下步骤：

a、将嵌段共聚体表面活性剂P-123溶于硝酸溶液中，加入五水硝酸铋，待五水硝酸铋完全溶解后，加入氯化钙至其完全溶解，得到钙掺杂β-Bi₂O₃光催化剂的前驱体溶胶，再将该溶胶进行陈化，得到钙掺杂β-Bi₂O₃光催化剂的前驱体溶液；

所述氯化钙、五水硝酸铋、硝酸、嵌段共聚体表面活性剂P-123的摩尔比为1:10-16.7:66.7:0.267-0.534；

b、将所述钙掺杂β-Bi₂O₃光催化剂的前驱体溶液密封晶化，得到晶化产物；

将所述晶化产物冷却、抽滤后，得到钙铋复合物；将所述钙铋复合物干燥，得到钙掺杂β-Bi₂O₃光催化剂的前驱体；

c、将所述钙掺杂β-Bi₂O₃光催化剂的前驱体煅烧后，再经冷却、研磨，得到钙掺杂β-Bi₂O₃光催化剂。

根据本发明所述的制备方法，在上述步骤a中，可以采用本领域的常规技术手段使原料“完全溶解”，在本发明的优选实施例中，五水硝酸铋及氯化钙完全溶解于硝酸溶液中均是采用搅拌的方式进行的；在上述步骤a中，硝酸的浓度为0.5-3M。