[发明专利]一种PDA/BWO制备及光催化还原六价铬的方法

说明书

本发明公开了一种PDA/BWO制备及光催化还原六价铬[Cr(VI)]的方法，先通过水热法合成铋自掺杂钨酸铋材料(BWO)，再采用常温搅拌法将聚多巴胺(PDA)在BWO表面形成配体‑金属电荷转移配合物(其中的多巴胺含量介于1‑5％)，进而形成具有核壳结构的PDA/BWO复合材料。该PDA/BWO复合材料具有较窄的带隙和较高的电子‑空穴对分离效率，在可见光照射下对Cr(VI)具有优异的还原效果，还原率高达99.7％，且对总铬的去除率为72.3％。

技术领域

本发明属于环境与化学工程技术领域，涉及到六价铬的还原，特别涉及到光催化还原水体中六价铬的方法。

背景技术

铬是我们日常生活中一种常见且必不可少的材料，广泛应用于制革、电镀、纺织等领域。在自然界中，它主要以两种氧化态存在，即六价铬[Cr(VI)]和三价铬[Cr(III)]。Cr(VI)即使在很低的浓度下也具有极强的毒性和致癌性，对人类健康造成危害，导致多种疾病，如肝损伤、肺充血、胎儿畸形和癌症。长期职业性接触Cr(VI)可导致支气管系统癌和呼吸道癌症。根据世界卫生组织(WHO)的规定，向内河排放Cr(VI)的最大允许浓度和饮用水中Cr(VI)的最大允许浓度及分别为0.1mg L^-1和0.05mg L^-1。而Cr(III)是人体代谢所必需的重要微量元素，Cr(III) 可与羟基形成氢氧化物，在碱性水体中容易生成不溶性Cr(OH)₃沉淀，吸附在土壤颗粒上，表现出较低的迁移性。因此，将剧毒的Cr(VI)还原为Cr(III)是极具前景的处理含Cr(VI)废水的方法。

虽然传统去除Cr(VI)的技术，如吸附、膜过滤、电化学沉淀、生物法等已经被广泛研究，但这些方法大多存在效率低、能耗高、二次污染、成本高等缺点，严重限制了它们在含铬废水处理中的应用。因此，开发绿色、高效的材料来有效去除水环境中的Cr(VI)显得尤为重要。光催化技术作为一种具有广阔前景的废水处理、大气净化和太阳能开发技术，以其无毒、安全、低成本、高效率等优点受到广泛关注。它基于高能光子照射半导体，产生电子-空穴对，进而诱发光氧化还原反应，其中Cr(VI)可在电子作用下被还原为Cr(III)。

在新型半导体光催化剂中，钨酸铋(Bi₂WO₆)作为最受欢迎的铋基化合物之一，由于其独特的晶体结构和能带结构，Bi₂WO₆表现出优异的光催化降解污染物性能。然而，由于Bi₂WO₆电子-空穴对复合率高且易团聚导致其光催化活性低，需要对Bi₂WO₆进行改性。目前已经开发了多种改性方法，包括金属和非金属元素的掺杂、形貌控制、构建异质结、染料敏化和配体-金属电荷转移(Ligand-to-metal charge transfer，LMCT)等。其中，通过LMCT方法，将聚多巴胺(Polydopamine，PDA)与铋自掺杂Bi₂WO₆(记为BWO)形成表面复合物 (PDA/BWO)可降低BWO的带隙且提高BWO的电子-空穴对分离效率。然而，目前尚未见PDA在BWO表面形成复合物的制备方法及光催化还原水中Cr(VI)的技术和专利。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种还原水中Cr(VI)光催化剂的制备方法和应用，更具体的是涉及一种利用PDA负载铋自掺杂Bi₂WO₆的新材料作为光催化剂，在可见光照射下，用于还原水中Cr(VI)的方法。

为实现本发明目的，采用水热法合成铋自掺杂Bi₂WO₆(BWO)，基于LMCT方法制备核壳结构PDA/BWO复合材料(其中的PDA含量介于1-5％)，系统地研究了PDA/BWO可见光催化还原水体中Cr(VI)的活性。

该发明所采用的技术方案按照以下步骤进行：