[发明专利]一种BiOI复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种BiOI复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

我国是一个淡水资源匮乏的国家，随着经济的快速发展，人口的增长，水的需求量不断增大，淡水资源供需矛盾加剧。与此同时，我国城市污水的排放量逐年增加，水污染严重。因此水处理显得至关重要。消毒是饮用水处理过程中必不可少的环节，为供水水质安全提供了重要保障。国内外研究表明，很多健康问题与饮用水的污染密切相关。为杜绝传染病的发生，保证人体健康，饮用水必须经过消毒处理才能饮用。从消毒剂种类来看，目前使用较为广泛的包括氯、氛胺、二氧化氯、臭氧、紫外线等。总的来说，各种消毒剂各有其优缺点，目前，我国给水处理厂大多仍采用20世纪初形成的混凝、沉淀、过滤和加氯消毒的常规工艺。该工艺以去除水中悬浮物、胶体颗粒物为主, 以出水的浊度、色度和细菌总数为工艺控制的主要目标，但对水中可溶性有机物的去除能力较低，尤其是加氯消毒后形成的三致( 致畸、致癌、致突变) 物质如有机物与氯合成三卤甲烷（Trihalomethanes, THMs）、三卤乙腈等，及其前体物如有机物、挥发酚、农药等的去除效果更差。

随着水源水中有机物种类及数量的增加以及供水水质标准的提高，传统的常规工艺已经不能保障饮用水的安全、卫生。这就使得供水行业迫切需要先进、高效的饮用水安全保障技术。近年来国内外研究者相继提出了各种饮用水消毒新技术，如采用臭氧处理方法、膜分离技术。臭氧处理方法尽管能有效去除饮用水中的有机污染物，但可能产生一些有害副产物，直接影响水的化学安全性。一般采用臭氧化处理的净水厂的出水中醛类（国际癌症研究机构( IRAC) 将其列为可能致癌物）和溴酸盐浓度普遍较高。膜分离技术代表着未来水处理发展的净水技术，超滤几乎能够完全去除水体中的细菌、病毒、致病原生动物等。但膜法应用中普遍存在着膜阻塞与膜污染问题，要求对原水进行严格的预处理，要有相应的除浊、调节pH、降低有机物浓度等措施，以避免膜淤塞及污染。前处理系统处理效果的好坏，对膜装置的有效运转影响极大，这造成了膜法的投资和运行费用太高，阻碍其大规模应用。

光催化技术是利用光能量(可见光或紫外光) 激活半导体材料中的电子-空穴对，产生吸附电子的能量, 将水中悬浮微粒沉淀到半导体的表面而净化饮用水。光氧化最初是由Garrison 等人在处理含复杂铁氰盐废水中提出来的，自20世纪80年代以来，对该AOP（Advanced Oxidation Process, AOP）技术的研究范围又扩大到饮用水深度处理领域。该法对处理难氧化物质十分有效，也能有效分解水中应优先控制的有机污染物如三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯、六氯苯及多氯联苯等。光催化由于其具有无需投加药剂、不产生副产物等优点，可作为现行消毒技术的可能选择与补充，从而成为国内外的研究热点。然而，在实际应用中，光催化技术主要存在两大问题：第一，光量子效率偏低；第二，光谱响应范围窄，对太阳能的利用率较低。目前为止，TiO₂ 是最经典的光催化剂。但由于其禁带较宽 (Eg = 3.2 eV), 只能被太阳光中波长小于387.5 nm 区间的紫外光所激发，而这个区间可利用的光能不到太阳能的4%。因此，研究开发成本较低、效率较高的可见光催化剂将是光催化去除饮用水中微生物、难降解有机物和藻毒素研究领域的一个重要发展方向。卤化氧铋(BiOX，X=F、Cl、Br、I)是一种新型的半导体材料，其具有独特的电子结构、良好的光性能和催化性能。卤化氧铋(BiOX，X=F、Cl、Br、I)的可见光催化活性普遍优于商品TiO₂的光催化活性，并且随着卤素原子序数的增加光催化活性逐渐增强。因此卤化氧铋成为光催化剂研究的一个新方向。关于卤化氧铋处理水中污染物的研究已有在处理废水中染料的应用，如Zhang Xi 等人通过水热法合成了微球状的BiOX (X = F、Cl、Br、I)，以染料废水甲基蓝作为处理对象，发现BiOI具有较好的催化活性。到目前为止关于BiOI及BiOI复合催化剂对饮用水中微生物和藻毒素的报道还没有涉及。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的饮用水杀菌技术中存在的缺陷，对BiOI进行有效的改性，提供了一种BiOI复合材料。

本发明的另一目的是提供上述BiOI复合材料的制备方法。

本发明的又一目的是提供上述BiOI复合材料的应用。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：