复合光催化剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无机环保光催化材料技术领域，具体涉及一种负载型天然沸石/812020)3^?04复合光催化剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002]环境污染和能源短缺是目前人类所面临的两大难题，为解决这两大难题，光催化技术应运而生。光催化技术的特点在于能利用太阳光直接分解水体和空气中的有机污染物，使其矿化为无毒无害的小分子化合物如0)2和H2O,降解过程无二次污染，是一种具有广阔应用前景的绿色环境治理技术。然而，光催化过程中电子与空穴的复合率较高，光量子效率低，致使光催化剂活性下降，严重制约了光催化技术在能源及环境方面的实际应用。因此，开发高效的光催化剂对于环境污染和能源短缺这两个世纪难题的解决有着重要的意义。
[0003]在众多的光催化材料中，铋系光催化剂以其独特的电子结构、优良的可见光吸收能力和较高的有机物降解能力引起了研宄者的极大兴趣。Bi2O2CO3是一种新型的光催化材料，其禁带宽度为3.4eV，当受到能量不低于其带隙的光照射时，会产生导带电子和价带空穴，具有较强的还原性和氧化性，能直接将有机污染物降解成无毒无害的水和二氧化碳。但Bi2O2CO3*激发产生电子与空穴的复合率较高、光量子效率低，不能满足工业应用的需要。对Bi2O2CO3进行改性并将其固定在适当的载体上，是提高其光催化活性和重复使用性能的有效方法，并且已成为当前的重要研宄方向之一。半导体复合等是改善扮2020)3光催化性能的有效手段，根据不同半导体导带和价带能级的差异，使光生载流子得到有效的分离，降低载流子的复合几率，提高量子效成为提高光催化材料性能的有效的方法。81?04是铋系氧化物中另外一种重要的光催化材料，禁带宽度为3.85eV，其独特的晶体结构和电子结构使其具有较宽的吸收带隙和较高的光催化活性。研宄表明，Bi2O2CO3*催化剂的导带电势Ecb=0.16eV，价带电势Evb=3.56eV，而BiPO4光催化剂的导带电势E ra=0.43eV，价带电势Evb=4.28eV。在扮202(:03^?04复合半导体中，Bi 2020)3的导带电势更负，光生电子容易从能级低的Bi2O2CO3导带迀移到能级高的BiPO4导带上；同时，BiPOd^价带电势更正，光生空穴容易从能级高的BiPO4价带迀移到能级低的Bi 202C(Vi介带上，从而提高光生电荷的分离效率，进而提尚其光催化活性。
[0004]但是Bi2O2CO3-BiPO4复合光催化剂在实际使用过程中由于其粒径较小，容易团聚致其光催化活性降低。所以，在实际应用过程中如废水处理时，必须将Bi2O2CO3-BiPO4复合光催剂负载于一定的载体上才能使用。天然沸石属于架状铝硅酸盐矿物，具有孔结构特点及优良的离子交换和吸附性，比表面积等特点，成为光催化剂牢固负载和均匀分散的理想载体。
【发明内容】
[0005]本发明解决的技术问题是提供了一种光催化活性高且易分离回收的负载型天然沸石作12020)3^?04复合光催化剂。
[0006]本发明解决的另一个技术问题是提供了一种操作简单、易于控制且成本低廉的负载型天然沸石/Bi2OfO3-BiPO4复合光催化剂制备方法。
[0007]本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种负载型天然沸石/812020)3^?04复合光催化剂，其特征在于是通过将Bi 2020)3^卩04复合型光催化剂与载体颗粒天然沸石复合而形成的，其中载体颗粒天然沸石与Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂的质量比为1-3: LBi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂中[PO/-]与[Bi3+]的摩尔比为0.05:1。
[0008]本发明所述的负载型天然沸石/Bi2O2CO3-BiPO4复合光催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤:(1)在搅拌条件下将二水合磷酸二氢钠、五水硝酸铋、尿素按摩尔比0.05:1:3的比例和去离子混合均匀，搅拌溶解后加氨水调节混合溶液的pH值为4，再加入载体颗粒天然沸石，其中载体颗粒天然沸石的质量为Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂质量的1-3倍，然后将混合溶液在室温的条件下继续搅拌2小时；(2)将步骤(I)所得的混合溶液转移至水热反应釜中，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180-200°C微波反应10-30分钟，经冷却、过滤、洗涤、干燥后得到具有高催化活性的负载型天然沸石/Bi2O2CO3-BiPO4复合光催化剂。
[0009]进一步限定，步骤(I)中所述的硝酸秘的摩尔浓度为0.05-0.lmol/L。
[0010]本发明与现有技术相比具有以下有益效果:以天然矿物天然沸石作为812020)3^?04复合型光催化剂的载体，可以使Bi 202C03-BiP04复合型光催化剂牢固地与天然矿物结合，进而使光催化性能更稳定持久；另外，在废水处理应用中，还可以利用天然沸石的孔道结构和吸附性能将废水中的有机物有效地吸附到Bi2O2CO3-BiPO^合型光催化剂的表面，增加光催化剂与污染物的接触几率，达到提高光降解效率和降解速率的目的，同时还可以大大降低光催化剂的制备成本。
【具体实施方式】
[0011]以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
[0012]实施例1
Cl)在搅拌条件下，将物质的量分别为0.5X10_3mol、0.0lmoK0.03mol的二水合磷酸二氢钠、五水硝酸秘、尿素用去离子水配成混合水溶液，使硝酸秘的摩尔浓度为0.05mol/L，搅拌溶解后加氨水调节溶液的pH值为4，加入7.722g天然沸石，然后将混合溶液在室温的条件下继续搅拌2小时；
(2)将步骤(I)所得的混合溶液转移至水热反应釜中，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180°C微波反应30分钟，经冷却、过滤、洗涤、干燥后得到具有高催化活性的负载型天然沸石作12020)3^?04复合光催化剂。
[0013]实施例2
Cl)在搅拌条件下，将物质的量分别为0.5X10_3mol、0.0lmoK0.03mol的二水合磷酸二氢钠、五水硝酸秘、尿素用去离子水配成混合水溶液，使硝酸秘的摩尔浓度为0.08mol/L，搅拌溶解后加氨水调节溶液的pH值为4，加入5.148g天然沸石，然后将混合溶液在室温的条件下继续搅拌2小时；
(2)将步骤(I)所得的混合溶液转移至水热反应釜中，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180°C微波反应20分钟，经冷却，过滤，洗涤、干燥后得到具有高催化活性的负载型天然沸石作12020)3^?04复合光催化剂。
[0014]实施例3
Cl)在搅拌条件下，将物质的量分别为0.5X10_3mol、0.0lmoK0.03mol的二水合磷酸二氢钠、五水硝酸铋、尿素用去离子水配成混合水溶液，使硝酸铋的浓度为0.1 mol/L，搅拌溶解后加氨水调节溶液的PH值为4，加入2.574g天然沸石，然后将混合溶液在室温的条件下继续搅拌2小时；
(2)将步骤(I)所得的混合溶液转移至水热反应釜中，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于200°C微波反应10分钟，经冷却、过滤、洗涤、干燥后得到具有高催化活性的负载型天然沸石作12020)3^?04复合光催化剂。
[0015]以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。
【主权项】
1.一种负载型天然沸石/Bi 2020)3^卩04复合光催化剂，其特征在于是通过将8“02(:03^?04复合型光催化剂与载体颗粒天然沸石复合而形成的，其中载体颗粒天然沸石与Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂的质量比为1-3:1，Bi 202C03_BiP04复合型光催化剂中[PO43I 与[Bi3+]的摩尔比为 0.05:1。2.一种权利要求1所述的负载型天然沸石/Bi 202(:03^?04复合光催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤:(I)在搅拌条件下将二水合磷酸二氢钠、五水硝酸铋、尿素按摩尔比0.05:1:3的比例和去离子混合均匀，搅拌溶解后加氨水调节混合溶液的pH值为4，再加入载体颗粒天然沸石，其中载体颗粒天然沸石的质量为Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂质量的1-3倍，然后将混合溶液在室温的条件下继续搅拌2小时；(2)将步骤(I)所得的混合溶液转移至水热反应釜中，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180-200°C微波反应10-30分钟，经冷却、过滤、洗涤、干燥后得到具有高催化活性的负载型天然沸石/Bi2O2CO3-BiPO4复合光催化剂。3.根据权利要求1所述的负载型天然沸石/Bi2O2CO3-BiPO4复合光催化剂的制备方法，其特征在于:步骤(I)中所述的硝酸铋的摩尔浓度为0.05-0.lmol/Lo
【专利摘要】本发明公开了一种负载型天然沸石/Bi2O2CO3-BiPO4复合光催化剂及其制备方法，属于无机环保光催化材料技术领域。本发明的技术方案要点是通过将Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂与载体颗粒天然沸石复合而形成的。本发明还公开了该负载型天然沸石/Bi2O2CO3-BiPO4复合光催化剂的制备方法。本发明利用天然沸石的孔道结构和吸附性能将废水中的有机物有效地吸附到Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂的表面，增加催化剂与污染物的接触几率，达到提高光降解效率和降解速率的目的，同时还可以大大降低光催化剂的制备成本。
【IPC分类】B01J27/192, C02F1/30, C02F101/30, B01J35/10, B01J21/16
【公开号】CN104971707
【申请号】CN201510296224
【发明人】刘玉民, 张鹏, 吕华
【申请人】河南师范大学
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年6月3日