[发明专利]氯氧铋/改性蒙脱土复合光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于环境化工光催化水处理技术领域，具体涉及一种氯氧铋/改性蒙脱土复合光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着现代工业的发展，伴随其生产产生的有机污染物已成为当前最重要的水体污染源之一。含有机污染物工业废水成分复杂、难彻底降解以及TOC值较高，并给生态环境带来严重危害。目前处理含有机污染物废水的方法主要有：物理吸附法、膜分离法、电化学氧化法和超声波降解技术等。与这些技术相比，近年来发展起来的半导体基光催化氧化技术具有能耗低、环境友好以及可降解彻底等特点。在应用于光催化氧化技术的众多半导体材料中，氯氧铋(BiOCl)表现出良好的光催化降解有机污染物的反应活性，这主要是因为BiOCl高度各向异性的层状结构及内建电场。但是，BiOCl的比表面积较小，且吸附性能较差，这在一定程度上限制了BiOCl的光催化反应活性。因此，如何增强光催化半导体材料对有机污染物的吸附性能成为人们研究的焦点。蒙脱土——一种层状硅酸盐材料——因其大的比表面积，优良的溶胀性能、吸附性能和离子交换性能等，成为一种良好的固体基质。由于蒙脱土在纳米颗粒的制备及固定化方面的优势，已制备出许多蒙脱土-半导体复合材料，包括金属(Catalysis Letters,1990,6:401-407)、金属氧化物(Materials Letters 2011,65:657-660)和金属硫化物(Materials Letters 2008,62:3722-3723)复合纳米材料。目前，已有一些BiOX/蒙脱土复合光催化剂的研究被报道。Xu等报道了超声辅助下BiOBr/蒙脱土复合光催化剂的制备，该催化剂对罗丹明B表现出良好的吸附及光催化活性，催化剂用量为1g·L-1时，98.96％的罗丹明B溶液(40mg·L-1)在120分钟内被降解(Journal of Hazardous Materials,2014,275:185-192)。Xu等制备了BiOCl/蒙脱土复合光催化剂，该催化剂对橙黄G的降解活性比BiOCl催化剂的活性大幅度提高。催化剂用量为0.15g·L-1时，40mg·L-1的橙黄G溶液在60分钟内被完全降解(Applied Clay Science,2017,147:28-35)。

发明内容

本发明一种氯氧铋/改性蒙脱土复合光催化剂的制备及应用方法的目的在于针对BiOCl对废水中有机污染物吸附能力和光催化活性低的问题，提出一种利用改性蒙脱土的大比表面积、强吸附性能和离子交换性能，使BiOCl光催化剂与改性蒙脱土复合，以增强催化剂对光能的利用效率，提高BiOCl光生载流子分离效率及其对有机污染物的吸附能力，并增强其光催化反应活性。以硝酸铋、氯化钾和改性蒙脱土为原料，乙二醇为溶剂，制备氯氧铋/改性蒙脱土复合光催化剂的方法。该方法能提高催化剂对有机污染物的吸附及光催化降解能力，且能够解决环境污染的问题。

本发明为实现上述目的而采取的技术方案为：

一种氯氧铋/改性蒙脱土复合光催化剂，通过以下步骤制备得到：

(1)将硝酸铋和氯化钾按摩尔比为1：1～3置于乙二醇中，乙二醇与硝酸铋的摩尔比为9～15：1，在磁力搅拌下反应形成澄清溶液；将改性蒙脱土加入上述澄清溶液，改性蒙脱土与硝酸铋的摩尔比为1：25～80，并超声分散0.5～1.5h，形成硝酸铋-改性蒙脱土悬浮液；

(2)在磁力搅拌条件下以1mL/min速率将蒸馏水加入到步骤(1)所得硝酸铋-改性蒙脱土悬浮液中，继续反应1～2h，反应温度控制在20～25℃，制得备用悬浮溶液，其中蒸馏水与乙二醇的体积比为1：1～4；

(3)将步骤(2)得到的备用悬浮溶液过滤，滤饼用蒸馏水和无水乙醇洗涤3～5次，然后在40～50℃温度下烘干，即制得氯氧铋/改性蒙脱土复合光催化剂。

本发明氯氧铋/改性蒙脱土复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将硝酸铋和氯化钾按摩尔比为1：1～3置于乙二醇中，乙二醇与硝酸铋的摩尔比为9～15：1，在磁力搅拌下反应形成澄清溶液；将改性蒙脱土加入上述澄清溶液，改性蒙脱土与硝酸铋的摩尔比为1：25～80，并超声分散0.5～1.5h，形成硝酸铋-改性蒙脱土悬浮液；

(2)在磁力搅拌条件下以1mL/min速率将蒸馏水加入到步骤(1)所得硝酸铋-改性蒙脱土悬浮液中，继续反应1～2h，反应温度控制在20～25℃，制得备用悬浮溶液，其中蒸馏水与乙二醇的体积比为1：1～4；