一种光催化材料及其制备方法与应用

本发明涉及光催化，尤其涉及一种光催化材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、全氟烷基和多氟烷基物质(pfas)在过去的几十年里被广泛的应用在各种工业和商业中，造成严重的环境污染问题。在种类繁多的pfas中，全氟辛基磺酸(pfos)和全氟辛酸(pfoa)的生态毒性和人体健康研究备受关注。并且，由于pfas具有高键能的c-f键，它具有优良的热稳定性和化学稳定性，使得传统的水处理工艺无法有效地将其去除。因此，开发从水中高效去除pfas以保护人类健康的技术非常具有挑战性。

2、目前已有多种方法去除或降解水中的pfas。其中，光催化法具有操作简单、氧化效率高、环境相容性好而备受科研工作者的关注，许多科研工作者也尝试开发多种高效的光催化剂来去除或降解水中的pfas。在众多光催化材料中，氧化卤化铋(biox，x＝f、cl、br、i)由于其独特的二维层状结构和可调谐的能带，以及卤素层和[bi2o2]2+层之间的内电场可加速电荷迁移和分离，因此在pfas降解中表现出诱人的特性。比如中国专利cn201910153880.9中公开了一种碘氧化铋异质结光催化材料的制备方法，其通过控制煅烧温度控制碘氧化铋异质结的晶相结构，提高光催化材料的催化活性，使得光催化材料在处理pfoa废水时，原始废水中pfoa的浓度为15mg/l时，6h的降解率达到81.3％。

3、然而，虽然现有的氧化卤化铋能够用于降解废水中的pfas，但是其对废水中的pfas降解效率提高有限，原因在于一般的氧化卤化铋由于其光生电子-空穴易复和的弊端，大大降低了电子空穴对利用率，从而不能有效地降解废水中的pfoa等pfas污染物质。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种能够高效催化光催化材料。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种光催化材料，所述光催化材料为bi7o5f11/biof异质结，所述bi7o5f11/biof异质结中bi7o5f11和biof的质量比为7:1～1:1。

4、优选地，所述bi7o5f11和biof的质量比为7:1～2:1。

5、本发明还提供了上述技术方案所述光催化材料的制备方法，包括以下步骤：

6、(1)将可溶性铋盐与乙二醇混合，得到溶液a；

7、(2)将nh4f、水和乙二醇混合，得到溶液b；

8、(3)将所述步骤(2)得到的溶液b滴加到所述步骤(1)得到的溶液a中，得到混合溶液；所述混合溶液中水和乙二醇的体积之比为1:1～3:17；

9、(4)将所述步骤(3)得到的混合溶液进行水热反应，得到光催化材料；

10、所述步骤(1)和步骤(2)不分时间先后顺序。

11、优选地，所述步骤(1)中的可溶性铋盐包括硝酸铋。

12、优选地，所述步骤(1)中的可溶性铋盐与乙二醇的物质的量之比为1:175。

13、优选地，所述步骤(1)中的可溶性铋盐与所述步骤(2)中的nh4f的物质的量之比为1:1～1.2:1。

14、优选地，所述步骤(2)中的nh4f在溶液b中的浓度为0.1～0.12mol/l。

15、优选地，所述步骤(3)中的滴加的速率为1滴/s。

16、优选地，所述步骤(4)中的水热反应的温度为150～170℃；所述水热反应的保温时间为20～24h。

17、本发明还提供了上述技术方案所述的光催化材料或者上述任意一项所述制备方法制备得到的光催化材料在处理有机废水中的应用。

18、本发明提供了一种光催化材料，所述光催化材料为bi7o5f11/biof异质结，所述bi7o5f11/biof异质结中bi7o5f11和biof的质量比为7:1～1:1。在本发明中，bi7o5f11/biof异质结中bi7o5f11和biof的质量比为7:1～1:1，在此范围内，bi7o5f11/biof异质结界面内电场可以有效地分离电子空穴对，延长光生电子的分离状态，从而更充分地发挥电子空穴对的氧化还原能力，提高光催化剂的催化活性，能够应用于处理有机废水，尤其是能够高效降解有机废水中的全氟化合物。实施例结果显示，本发明提供的光催化材料中bi7o5f11和biof的质量比为7:1时，得到的bi7o5f11/biof异质结光催化剂性能最佳，在60min的紫外光照射下就可以将15mg/l的pfoa的降解率达到100％。

技术特征：

1.一种光催化材料，所述光催化材料为bi7o5f11/biof异质结，所述bi7o5f11/biof异质结中bi7o5f11和biof的质量比为7:1～1:1。

2.根据权利要求1所述的光催化材料，其特征在于，所述bi7o5f11和biof的质量比为7:1～2:1。

3.权利要求1或2所述光催化材料的制备方法，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的可溶性铋盐包括硝酸铋。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的可溶性铋盐与乙二醇的物质的量之比为1:175。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的可溶性铋盐与所述步骤(2)中的nh4f的物质的量之比为1:1～1.2:1。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的nh4f在溶液b中的浓度为0.1～0.12mol/l。

8.根据权利要求3或6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的滴加的速率为1～2滴/s。

9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中的水热反应的温度为150～170℃；所述水热反应的保温时间为20～24h。

10.权利要求1或2所述的光催化材料或者权利要求3～9任意一项所述制备方法制备得到的光催化材料在处理有机废水中的应用。

技术总结
本发明提供了一种光催化材料及其制备方法与应用，属于光催化技术领域。本发明以Bi<subgt;7</subgt;O<subgt;5</subgt;F<subgt;11</subgt;/BiOF异质结作为光催化材料，通过限定Bi<subgt;7</subgt;O<subgt;5</subgt;F<subgt;11</subgt;/BiOF异质结中Bi<subgt;7</subgt;O<subgt;5</subgt;F<subgt;11</subgt;和BiOF的质量比为7:1～1:1，在此范围内，Bi<subgt;7</subgt;O<subgt;5</subgt;F<subgt;11</subgt;/BiOF异质结界面内电场可以有效地分离电子空穴对，延长光生电子的分离状态，从而更充分的发挥电子空穴对的氧化还原能力，提高光催化剂的催化活性，进而能够应用于处理有机废水，尤其是能够高效降解有机废水中的全氟化合物。

技术研发人员：王竞侦,黄岩,马双龙,李泽豪
受保护的技术使用者：河南农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11