[发明专利]一种富铋型溴氧化铋/金属有机骨架复合光催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种富铋型溴氧化铋/金属有机骨架复合光催化剂及其制备方法与应用，该复合光催化剂由金属有机骨架与富铋型溴氧化铋发生水热反应制成，微观结构为片状的富铋型溴氧化铋紧密包裹于圆饼状的金属有机骨架周围并形成纳米微球。本发明制备的复合光催化剂具有较大的比表面积，为光催化反应提供更多的吸附位点和活性位点，同时金属有机骨架与富铋型溴氧化铋复合后形成了合适的能带结构，促进了光生电子和空穴的分离，使得该复合光催化剂在可见光下对于四环素具有优异的降解效果，降解率达69％以上。

技术领域

本发明涉及光催化剂技术领域，具体涉及一种富铋型溴氧化铋/金属有机骨架复合光催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

抗生素作为抗菌药物被广泛应用于人类和动物感染疾病的治疗。近年来，许多种类抗生素在环境中被检测出，在制药、养殖、医疗等行业排放的废水中，四环素是一个典型的污染物代表。四环素进入到人或动物体内难以被吸收或代谢，最终以本体形式排出体外，直接或间接进入环境。由于四环素具有强毒性和致癌性等特点，长期存在于环境中会严重影响人类健康和生态平衡。现如今，传统的水处理过程并不能将四环素完全生物降解，并且四环素的存在还会阻碍其他有机污染物的去除，因此，亟需其他能有效降解四环素的技术手段。

光催化氧化技术是一种将太阳能转化为化学能的新技术，因其处理效率高、成本低、无毒或低毒受到广泛关注及应用。光催化半导体发展至今以来，铋系可见光催化材料因具有独特的微观晶型结构受到研究学者的广泛关注，其特殊的层状结构和电子结构对光生电子和空穴对的分离起到一定促进作用。在常见的铋系化合物中，铋的化合价为三价或五价，假若Bi原子失去三个电子后，6s²轨道与O 2p轨道发生部分重叠，会引起半导体的价带顶和价带同时变宽，有利于空穴的运动。假若失去五个电子后，其空的6s轨道也具有良好的能带位置。在铋系的光催化剂中，Bi的含量的增加可能会使导带发生负向移动，而富铋型溴氧化铋(Bi₃O₄Br)却表现出了较高的载流子复合率，因此需要选择另一种物质与其形成异质结构，有效降低载流子的复合效率，进而提高光催化性能。

金属有机骨架(MOFs)具有结晶度高、结构多样、稳定性好等优点。在众多的MOFs材料中，金属有机骨架(NH₂-MIL-125(Ti))是一种具有代表性的Ti基MOF材料。对NH₂-MIL-125(Ti)的研究表明，基于有机配体2-氨基对苯二甲酸与无机金属离子Ti⁴⁺之间的电荷转移机制，NH₂-MIL-125(Ti)不仅能响应可见光，还能表现出与传统半导体类似的光生载流子迁移。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种微球富铋型溴氧化铋/金属有机骨架复合光催化剂及其制备方法与应用。通过水热法构建富铋型溴氧化铋/金属有机骨架纳米微球，提高光生电子-空穴的分离效率，从而进一步增强复合材料的光催化性能。

本发明采用的技术方案是：

一种富铋型溴氧化铋/金属有机骨架复合光催化剂，复合光催化剂由金属有机骨架与富铋型溴氧化铋发生水热反应制成，复合光催化剂的微观结构为片状富铋型溴氧化铋紧密包裹于圆饼状金属有机骨架周围并形成纳米微球。

优选的，金属有机骨架选自NH₂-MIL-125(Ti)、NH₂-MIL-68(In)、NH₂-UIO-66、NH₂-MIL-53(Fe)中的一种。

优选的，富铋型溴氧化铋选自Bi₃O₄Br、Bi₄O₅Br₂、Bi₂₄O₃₁Br₁₀中的一种。

本发明还提供了该富铋型溴氧化铋/金属有机骨架复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：