[发明专利]一种具有活化多种催化作用的纳米结构化催化剂及其应用

说明书

本发明公开了一种具有活化多种催化作用的纳米结构化催化剂及其应用，催化剂制备方法为：先将铋盐、铁盐和柠檬酸充分反应形成三核Bi/Fe‑柠檬酸盐络合物，然后在NaOH溶液的添加作用下形成具有丰富柠檬酸盐表面活性的Bi/Fe复合氢氧化物，通过低温油浴脱水共沉淀反应后，在柠檬酸、尿素等常规添加剂下进行水热反应，成功阻止了铋铁氧体的快速生长本性，最终制得形貌可控的纳米级铋铁氧体晶体组成的纳米结构化铋铁氧体规整团簇体，即得催化剂。本发明催化剂具有一剂多效功能，且对有机物的催化降解活性高，在水体中分别可通过硫酸根活化催化、可见光‑芬顿催化体系及可见光光催化等方式有效降解有机物，可以针对有机物的不同种类，相应选择合适的催化降解方式。

技术领域

本发明涉及水体污染物治理技术领域，特别涉及一种具有活化多种催化作用的纳米结构化催化剂及其应用。

背景技术

三元金属氧化物，其结构可定义为A_xB_yO_z（如Bi₂Fe₄O₉，NiFe₂O₄，ZnMn₂O₄，CaTiO₃，LaCrO₃，BiMnO₃，Bi₂WO₆，CoMoO₄等），一般包含一种或多种过渡金属元素，因此它们通常都具有多种功能性可应用于不同方面。其中铋铁氧体在室温下具有弱铁磁性和铁电性，是一种具有良好前景的复合铁基催化材料，一般认为其具有三种自发极化的结构，分别为钙钛矿BiFeO₃，莫来石Bi₂Fe₄O₉和亚硅酸盐Bi₂₅FeO₄₀。许多研究表明，它们具有独特的物理和结构特性，可应用于陶瓷电容器，铁电存储器，信息存储，自旋电子器件，传感器和铁电超快光电设备等领域。

近年来，研究人员发现铋铁氧体还具有出色的催化作用，例如可见光光催化、乙酰化、类芬顿氧化等，引发了广泛的关注。根据最近的报道，由于其具有窄带隙（~2.2eV）、富铁、可自发极化等特性，铋铁氧体可通过多种催化作用，作为一种高效的多相催化剂应用于环境污染治理。尽管铋铁氧体被证实具有特殊的催化功能，但是其催化性能有待强化。

一般而言，控制材料形貌结构是提高催化剂性能的有效方法之一。研究发现，铋铁氧体具有较强的自组装能力，且晶体生长迅速，另外它对合成过程中的温度、氧气压力等条件较为敏感，因此铋铁氧体制备中一大挑战在于如何通过合成过程的精细化控制避免杂质相生成和实现形貌结构的调控。尺寸效应是体现催化剂性能的另一主要重要指标。目前，已有研究将铋铁氧体的形态调整为片状，立方，八面体，棒状等，然而它们中的大多数在至少在某一维度上仍是微米级（ 1毫米），因此，通过减小该催化剂的尺寸是提高铋铁氧体催化剂活性的有效策略。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种具有活化多种催化作用的纳米结构化催化剂及其应用。

所述的一种具有活化多种催化作用的纳米结构化催化剂，其特征在于所述催化剂为纳米级铋铁氧体晶体组成的纳米结构化铋铁氧体规整团簇体，其制备方法包括以下步骤：

1）将铋盐、铁盐和柠檬酸按照1 : 1~3 :4~9的摩尔比溶于浓度为0.5~3M的HNO₃水溶液中，充分搅拌使混合液中的柠檬酸和Bi/Fe离子之间相互作用形成三核Bi/Fe-柠檬酸盐络合物；其中铁盐在所述HNO₃水溶液中的添加浓度为0.5~3 g/mL；