[发明专利]一种溴氧化铋-木质素复合光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种溴氧化铋‑木质素复合光催化剂及其制备方法和应用，所述溴氧化铋‑木质素复合光催化剂包括溴氧化铋和木质素，其制备方法为：将溴盐和木质素分散在分散剂中得到分散液，将铋盐溶于醇类试剂中得到铋盐溶液；将铋盐溶液加入分散液中并混合均匀得到反应液；将反应液倒入水热釜中，并对水热釜进加热使反应液进行水热反应，反应完成后，冷却至室温，所得产物依次经过分离、洗涤、干燥后得到溴氧化铋‑木质素复合光催化剂。本发明制备的溴氧化铋‑木质素复合光催化剂具有结晶性高、重复使用性能好、催化活性高等特点。在可见光下可用于罗丹明B(降解率高达99.2％)的处理，在制浆造纸和印染等工业废水领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及到环境材料领域，特别针对印染和制浆造纸等工业废水，具体涉及到一种溴氧化铋-木质素复合光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着工业化进程的发展，环境污染已经成为一个严重的问题，特别是水体污染，其中制浆造纸业和印染废水排放量已位居我国行业废水排放量的前列。废水的特点是各种有机物含量高，因此不容易处理。高级氧化过程(AOPs)，如臭氧、芬顿和光芬顿过程、光解、光催化等，已经引起了相当大的研究兴趣，这归功于反应中产生的高活性中间物(·O₂^-和·OH)。光催化被认为是去除水污染物的有效方法，因为它具有反应条件温和、操作过程简单、效率高、成本低等优良优点。在光催化过程中，太阳光被转化为可持续发展的化学能或电能，并产生具有强氧化力的活性物质，包括空穴、超氧自由基和羟基自由基。这种氧化物质可以有效地将有害的有机污染物转化为低毒性的小分子，而不会造成二次污染，因此，半导体的光催化技术是一种非常有前景的环境修复技术。

溴氧化铋(BiOBr)的禁带宽度为2.7-2.9eV，是一种窄禁带半导体，具有良好的可见光响应，光生电子-空穴分离效率高。BiOBr的优良性能主要来自于它的层状结构，它由[Bi₂O₂]板和双卤素原子板交叉组成。Bi和O在Bi₂O₂层内通过强共价键连接。氧化铋层和卤素原子之间的特殊内部电场可以有效地分离电子和空穴，从而使BiOBr材料广泛用于降解染料、各种酚类、水污染物和许多抗生素。然而，BiOBr存在一些吸附性能差、量子效率低、电子-空穴对的快速重组和比表面积小等缺点，这些缺点削弱了催化降解的性能。构建复合材料是提高光催化剂光生电子-空穴对分离效率的有效途径。木质素是自然界中最丰富的可再生芳香族聚合物之一，纸浆和造纸业每年有大量的木质素作为副产品生产出来。木质素价格低廉、易降解和低毒性，被认为是石油燃料的有效替代品，已被广泛用于新材料的开发。目前还没有将BiOBr和木质素结合起来制备BiOBr/Lignin复合光催化剂的相关报道。木质素经过水热法形成了生物炭(biochar)，能有效增强BiOBr的光催化效果。

发明内容

为了解决溴氧化铋(BiOBr)目前存在的缺点，本发明的目的是提供一种溴氧化铋-木质素复合光催化剂及其制备方法和应用，以增强BiOBr可见光催化效果，从而将它应用于实际的废水处理中。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明的第一个目的是提供一种溴氧化铋-木质素复合光催化剂，该复合光催化剂包括溴氧化铋和木质素，所述木质素的质量是溴氧化铋质量的1wt％～12wt％。木质素作为制浆造纸产业的副产物，来源丰富，且木质素比表面积大、官能团丰富，水热法形成的生物炭孔隙多，能有效吸附污染物，增强光催化性能。