[发明专利]一种钛酸铋-氧化钛异质结纳米材料的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种异质结的制备方法及其应用，尤其涉及一种钛酸铋-氧化钛异质结纳米材料的制备方法，以及将该材料制成膜电极应用于压载水除菌的方法。

背景技术

压载水是指船舶在航运过程中为了保持船体的平衡和保证航行的安全，在船舶底部以及边舱中装满的水。经过长时间的航运，压载水中携带了很多海洋微生物，同时，密闭环境下压载水可能滋生一些细菌。为了避免外来海洋生物入侵，国际公约规定含有较多细菌和微生物的水在异地不允许排放。因此，压载水的处理已经引起了人们的广泛关注。

目前对压载水的处理方法一般可分为机械法：包括沉淀、过滤、浮选和气旋分离等；物理法：包括紫外线辐射、超声波和加热等；化学方法：包括臭氧、氯气和过氧化氢等强氧化性药剂处理。机械处理法特别是过滤法虽然被认为是一种对环境危害最小的压载水处理法，但很难用于处理大量的压载水,对细菌的去除效果也有限，通常将其作为其他处理方法的预处理方法。通过加热和紫外照射等物理法虽然对去除压载水中的细菌有一些效果，但也会产生副作用。如海水加热产生的盐使船舱的腐蚀加重；紫外照射法不能杀死所有有害水生物。化学法所使用的药品（如臭氧和氯气）可能加快压载舱的腐蚀。目前还没有一种单一的方法能处理压载水中非本土生物。现有的技术还不能满足国际海事组织提出的安全、实用、经济、有效且环境容许的要求。另外，由于压载水中生物的多样性以及在舱内滞留时间的不同使得压载水的处理更加复杂，而压载操作时压载水的高流速、大流量, 又要求灭菌处理技术快速高效。

光电催化技术是近年来提出的一种能有效促进光生电子和空穴分离并利用光电协同作用的增强型光催化氧化技术。在外加偏电压的辅助作用下，在溶液中经过一系列的反应产生具有强氧化性能的自由基，能高效杀灭水中的细菌。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有的压载水除菌工艺存在的缺陷，而提供一种新型钛酸铋-氧化钛异质结纳米材料的制备方法及其应用，将钛酸铋-氧化钛异质结纳米材料制成膜电极采用光电催化处理压载水中的细菌，在光电协同作用下高效快速处理压载水中的细菌，本发明中膜电极制备工艺简单，可以重复利用，并且光电催化除菌效率高，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。

实现本发明的目的并解决其技术问题采用以下技术方案：

本发明提出的一种钛酸铋-氧化钛异质结纳米材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤，在丙三醇和乙醇的混合溶剂中，加入硝酸铋固体并使其完全溶解，将钛酸四丁酯滴加到上述溶液中，搅拌后将上述混合溶液转移到反应釜中，将反应釜放置于110～120℃恒温烘箱中反应18～24h后，冷却，将反应釜中混合物过滤烘干，并置于控温炉中400～550℃下煅烧1～3h，冷却后将煅烧的产物研磨成颗粒均匀的粉末，即为目标产物。

优选地，

前述的钛酸铋-氧化钛异质结纳米材料制备方法，所述硝酸铋中所含的铋元素与钛酸四丁酯中所含的钛元素摩尔比为0.1：1~0.3：1。

前述的钛酸铋-氧化钛异质结纳米材料制备方法，所述钛酸四丁酯、丙三醇和乙醇的体积比1: 4～5：11～12。

应用前述钛酸铋-氧化钛异质结纳米材料制备钛网负载的铋-钛纳米异质结膜电极，其方法包括如下步骤，将钛酸铋-氧化钛异质结纳米材料溶于聚乙烯醇溶液中制成悬浮液，将悬浮液均匀刷到钛网上，干燥、冷却后便得到钛网负载的铋-钛纳米异质结膜电极。

前述的制备钛网负载的铋-钛纳米异质结膜电极的方法，所述聚乙烯醇溶液的浓度为0.6wt%。

前述的制备钛网负载的铋-钛纳米异质结膜电极的方法，干燥采用的具体方法是将钛网放入100℃烘箱中干燥0.5h。

应用前述的钛网负载的铋-钛纳米异质结膜电极，本发明还涉及一种光电催化法处理船舶压载水中细菌的方法，其特征在于，所述的方法采用三电极组成光电催化反应体系，采用钛网负载的铋-钛纳米异质结膜电极作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，钛电极作为辅助电极，将工作电极、参比电极和辅助电极浸入待处理压载水中，打开光源，使电极表面受到光的照射，外加5~10V偏电压，光电催化反应2～5min分解水中的细菌。

所述的方法中，可以采用紫外灯或金卤灯为光源。