[发明专利]一种宽光谱响应软铋矿基高效光催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种宽光谱响应软铋矿基高效光催化剂及其制备方法，属于环境科学与无机材料制备领域。本发明采用水热法制备一种用于高效光催化降解有机污染物的新型宽光谱响应软铋矿基光催化剂Bi₂₄(Bi_2‑xCo_x)O_39+x(0＜x≤1)，具体将铋盐和钴盐溶于特定浓度的碱液中，在较温合的温度与时间下进行水热反应，制得光催化剂Bi₂₄(Bi_2‑xCox)O_39+x。本发明制备方法成本低、工艺简单、易于控制，为其他类似结构的软铋矿光催化剂制备提供新的制备思路；所得催化剂具有禁带宽度窄、结晶性好、纯度高的特点，对染料和酚类等水中有机污染物表现出良好的可见光催化降解活性，在可见光有机污染物降解领域拥有广泛的潜在应用前景。

技术领域

本发明涉及一种宽光谱响应软铋矿基高效光催化剂及其制备方法，属于环境科学与无机材料制备领域。

背景技术

近年来，半导体光催化技术在污染物降解、光解水制氢等领域得到广泛运用。商用最广泛的二氧化钛由于禁带宽度大于3.0eV，只能利用占太阳光4％的紫外线，对占太阳光57％的可见光利用率较低。同时其紫外光污染物去除速率并不能满足实际应用的需求，因而实用化受到较大限制。开发新型、高效利用可见光的光催化剂，是目前光催化研究的主要方向。

铋盐是非二氧化钛系光催化剂中最重要的一类，可将光催化剂的光响应波长拓展至可见光区。软铋矿做为铋盐的一种，其具有可见光光催化活性是近年来刚刚被发现的，还有较大的提升空间。目前软铋矿光催化剂的制备多采用高温固相反应、水热合成等方法，其禁带宽度处在2.2-3.2eV之间，在可见光下对染料等有机然污染物表现出一定的降解活性。例如中国专利CN101147859A提出了一种溶剂热制备钛酸铋软铋矿的方法，但钛酸铋软铋矿的禁带宽度大于3.0eV，对可见光利用不足。美国专利US8709304B2提出一种水热法合成钛酸铋软铋矿纳米立方的方法，但其禁带宽度同样大于3.0eV。中国专利CN101723467A提出一种水热法合成铁酸铋软铋矿的方法，但其存在铁位缺陷较多、活性较差，可见光下照射14h对甲基橙去除率仅为78％。俄罗斯专利RU2463394C1提出一种以+5价铋盐为原料水热法合成铋、钐、钒复合软铋矿单晶材料，其缺陷较多。在文献报导中的软铋矿光催化剂(比如：AndréE.Nogueira et al.Colloid Interf.Sci.2014,415,89,Tae Hoon Noh etal.Ceram.Int.43,2017,12102–12108；Lin Xinping et al.Catal.Commun.9,2008,572–576.)，多用高温固相反应方法，普遍存在禁带宽度过宽、缺陷多、可见光活性低的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明首次提出了一种宽光谱响应软铋矿Bi₂₄(Bi_2-xCo_x)O_39+x光催化剂，其禁带宽度窄、缺陷少、降解污染物活性好，有很好的工业应用前景。

本发明的第一个目的是提供一种制备钴基软铋矿基光催化剂Bi₂₄(Bi_2-xCo_x)O_39+x的方法，所述x大于0且不超过1；所述方法包括如下步骤：

(1)利用强碱溶于水中，配置0.3～4mol/L的碱液A；

(2)将铋盐和钴盐加入到碱液A中进行水热反应，反应结束后，固液分离，收集固体沉淀，洗涤、干燥。

在本发明的一种实施方式中，所述步骤(1)中强碱包括如下任意一种或多种：氢氧化钠、氢氧化钾、氨水。

在本发明的一种实施方式中，所述步骤(2)中铋盐与钴盐中Bi³⁺与Co²⁺的摩尔比为(0.1～2.5)：0.1。