[发明专利]铋负载的钛酸铋/钛酸钙复合光催化剂及制备方法和应用

说明书

本发明铋负载的钛酸铋/钛酸钙复合光催化剂及制备方法和应用，涉及光催化材料制备技术领域，方法，包括如下步骤：步骤1，将五水合硝酸铋、硝酸溶液、乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮混合均匀，得到混合体系A；步骤2，在混合体系A中加入钛酸铋/钛酸钙复合光催化剂混合均匀，钛酸铋/钛酸钙复合光催化剂与五水合硝酸铋的质量比为1：2.43～2：2.43，得到混合体系B；步骤3，将混合体系B在140‑180℃下进行水热处理，之后将反应液中的沉淀洗涤后干燥，得到铋负载的钛酸铋/钛酸钙复合光催化剂，与Bi₂Ti₂O₇/CaTiO₃相比在可见光照射下表现出更高的光催化活性。

技术领域

本发明涉及光催化材料制备技术领域，具体为铋负载的钛酸铋/钛酸钙复合光催化剂及制备方法和应用。

背景技术

光催化技术是近三十年来发展起来的一种新兴技术，在能源和环境领域具有广阔的应用前景。钛酸钙(CaTiO₃)是最基本的钙钛矿结构材料，稳定且原材料廉价，综合各项性能较弱，但在基础科学领域具有重要意义，进一步改性就能得到较好的催化性能，具有潜在的实际应用价值。然而钛酸钙带隙宽，不易激发，光催化活性低。传统的钛酸钙光催化材料为白色粉末，只能吸收紫外光，并被激发从而产生光生电荷，进而起到光催化氧化或者光电转换的作用，不能够完全利用太阳光中的绝大部分能源。

钛酸铋(Bi₂Ti₂O₇)具有可见光区吸收、稳定性好、热稳定性、化学稳定性、机械稳定性、合成方法多样、操作简单、原材料廉价等优点。由于CaTiO₃带隙比较宽，不易被激发，因此为了提高其光催化活性，可将其与Bi₂Ti₂O₇进行原位复合，可以克服CaTiO₃电子-空穴易复合的缺点，能提升复合材料的光催化性能。

Bi是一种典型的半金属材料，性质介于金属和非金属之间，它具有一系列独特性能，如有效质量小，平均自由程长，载流子活性高，费米波长较长和能带重叠少等特征。单质Bi环保无害和较低廉的价格以及可调控性，因而其类贵金属的表面等离子效应受到广泛关注。单质Bi的等离子效应光催化被研究报道之后，金属Bi单质在直接作为光催化剂和用其修饰复合光催化体系方面受到应用。

因此，有必要利用Bi对钛酸铋/钛酸钙进行修饰来提高其光催化活性，但目前还没有这方面的报道。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供铋负载的钛酸铋/钛酸钙复合光催化剂及制备方法和应用，环境友好且成本低廉，利用率高，高比活性，具有良好的光催化性能，能够用于光催化转化NO_x。

本发明是通过以下技术方案来实现：

铋负载的钛酸铋/钛酸钙复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将五水合硝酸铋、硝酸溶液、乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮混合均匀，得到混合体系A；

步骤2，在混合体系A中加入钛酸铋/钛酸钙复合光催化剂混合均匀，钛酸铋/钛酸钙复合光催化剂与五水合硝酸铋的质量比为1：2.43～2：2.43，得到混合体系B；

步骤3，将混合体系B在140-180℃下进行水热处理，之后将反应液中的沉淀洗涤后干燥，得到铋负载的钛酸铋/钛酸钙复合光催化剂。

优选的，步骤1所述五水合硝酸铋、硝酸溶液、乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1：2.575：168.17：3.68。

进一步，所述硝酸溶液的浓度为1M。

优选的，步骤2在混合体系A中加入钛酸铋/钛酸钙复合光催化剂后超声30-45min，得到混合体系B。