[发明专利]一种Z型光催化剂BiPO4

说明书

本发明涉及一种Z型光催化剂BiPO₄/H‑ZSM‑5/BiOCl的制备方法，属于光催化材料改性制备领域。本发明的Z型光催化剂BiPO₄/H‑ZSM‑5/BiOCl的制备方法包括首先制备复合光催化剂H‑ZSM‑5/BiOCl。然后将以上制备的H‑ZSM‑5/BiOCl复合光催化剂分散于50mL一定浓度的磷酸溶液中，持续搅拌90min，然后再超声10min，自然静置后去除掉上清液，在65℃烘箱中干燥20h后得到Z型光催化剂BiPO₄/H‑ZSM‑5/BiOCl。本发明制得的H‑ZSM‑5/BiOCl复合光催化剂在室温下30min对卡马西平降解率相比光催化剂BiOCl提高了近10％，而Z型光催化剂BiPO₄/H‑ZSM‑5/BiOCl对卡马西平的降解率相比光催化剂BiOCl更是提高了百分之二十多，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及光催化材料改性制备领域，具体涉及一种Z型光催化剂 BiPO₄/H-ZSM-5/BiOCl的制备及其应用。

背景技术

药物及个人护理品(Pharmaceutical and Personal Care Products，PPCPs)，这是一种新型有机污染物，包括药物(抗生素、止痛药、镇定剂和抗癫痫药等)，激素(天然的和合成的)，防腐剂，防晒剂，X射线造影剂和香水等，通过生活污水、农业废水、养殖废水等进入水环境。其中，药品经过吸收和代谢随排泄物进入环境，护理品则是使用后直接进入环境。PPCPs在环境中的浓度极低(ng/L-μg/L)，大多数情况下都不会达到剧毒水平，但是由于极难降解，污水处理厂对它的处理率极低，并且，随着社会的高速发展，这类物质在环境中的排放持续上升，导致在水环境中的残留浓度呈上升趋势，从而影响水质、生态环境和人类健康。卡马西平(carbamazepine，CBZ)是PPCPs 的一个典型代表，它是一种抗精神病和稳定情绪的药物，常用于治疗癫痫，在水环境中被认为是一种持久性物质。

目前，被广泛应用的污水处理技术有混凝法、活性炭吸附、臭氧氧化、膜处理技术、活性污泥法和光催化氧化法等。光催化氧化技术被认为是一种高效、节能环保的去除污染物的方法，它依靠光照使半导体光催化剂产生带有氧化性能的自由基将有机污染物转化为易降解的化合物，最终矿化为无害的CO₂、H₂O等，不造成二次污染，并且相比传统的水处理技术，光催化降解效率更高，所用的能源清洁环保，优势明显。然而，普通光催化剂仅仅能利用极少部分的太阳光，并且降解效率低。2017年，黑龙江大学的井立强教授通过磷酸修饰BiOBr明显提高了苯酚、2,4-二氯苯酚和罗丹明B 的降解率。目前国内对于光催化剂的改性和负载已经有了比较成熟的研究。在本发明中，我们发现在BiOCl磷酸化过程中，可以产生离子交换反应，进而可以原位构筑另一个半导体BiPO₄，为了进一步提高电荷传递，在磷酸化之前先在BiOCl负载了少量 H-ZSM-5。这样构建的异质结具有紧密接触且连续界面的特点，从而有利于光生载流子在两相中的相互迁移。众所周知，Z型光催化剂不仅能够促进电子空穴对的分离，还能保留整个Z型光催化系统中还原性更强的电子，以及氧化能力更强的空穴，具有更加高效的光催化性能。刘国帅等人通过水热合成法制备除了Z型光催化剂BiPO₄-Bi₂O₂(OH)(NO₃)。本发明制得的复合光催化剂H-ZSM-5/BiOCl在室温下30min 对卡马西平降解率相比光催化剂BiOCl提高了近10％，而Z型光催化剂 BiPO₄/H-ZSM-5/BiOCl对卡马西平的降解率相比BiOCl更是提高了百分之二十多。因此，对于研究Z型光催化剂BiPO₄/H-ZSM-5/BiOCl，高效去除CBZ，对消除环境的污染意义重大。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明从绿色环保、节能降耗的角度改性提高光催化剂的性能，提供了一种Z型光催化剂BiPO₄/H-ZSM-5/BiOCl的制备方法，包括以下步骤：