一种I掺杂BiOIO3的光催化剂及其制备方法和应用

本发明涉及抗生素废水处理，尤其是一种i掺杂bioio3的光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、当前抗生素废水的处理方法主要为物理法、生物法、高级氧化法。

2、物理法常用的是吸附法和膜分离法。吸附法具有操作简便、成本低、吸附率高、不会产生有毒物质的优点，但抗生素只是转移到吸附剂之中，并没有被消除，并且吸附剂的吸附能力受到其比表面积、孔隙率及其他物质竞争性吸附等因素的影响。膜分离技术的工作原理是废水通过小的膜孔时将污染物截留，主要采用微滤、超滤、纳滤和反渗透等方法，具有工作效率高、操作简单的特点，但是膜易受污染，膜清洗是一个很大的问题。

3、当前市政污水厂的主流处理工艺是生物处理工艺，生物处理过程中抗生素的去除主要包括污泥吸附和生物降解，生物处理方法根据其需氧量的不同可分为好氧法、厌氧法以及好氧和厌氧结合法。根据现有报道，污水厂对污水中的抗生素并不能完全去除，因此目前的生物处理工艺还需进一步发展。

4、高级氧化技术包括臭氧氧化、uv氧化、fenton和类fenton工艺以及光催化降解等。半导体光催化作为一种绿色净化技术，因其在能源生产和环境净化方面的突出作用而引起人们的关注。各种类型的光催化剂，如zno，tio2，g-c3n4和cds，已经得到了广泛的研究。然而，这些传统的光催化剂存在着光吸收不足、光/光化学腐蚀、空穴与电子复合率高等缺点，极大地限制了它们的应用。探索高效的可见光响应型光催化材料是拓展和促进半导体光催化剂在环境净化领域实际应用的关键。

5、半导体光催化剂在能量转化和环境修复中得到了广泛的应用。然而，诸如光吸收能力低、能带隙宽、理化稳定性差等关键问题严重限制了光催化剂在实际工业工厂中的应用。1934年，harker详细报道了bi2te2s的晶体结构，此后，双基光催化剂因其优越的光学、电学、光催化性能、独特的晶体几何结构而日益引起科学家的关注。铋基半导体由于其丰富的晶体化学性质、多样的化学成分和良好的光催化性能，是一种很有前途的可见光响应光催化剂。多种铋基化合物，如bi2o3、biox(x＝cl、br、i)、bivo4、bi2wo6、bi4ti3o12、bipo4、bioo2、bi2o2co2h、五价铋等，表现出优异的可见光或接近可见光驱动的光催化活性。这是因为具有极化率的bi 6s2孤电子对和具有良好色散的bi 6s轨道可以促进光生载流子的迁移和分离，并缩小带隙。这些铋基化合物已被用于染料、有机污染物和重金属污染物的光催化降解、气态氮污染物的氧化、二氧化碳的光还原、光催化水裂解生成h2和o2等。然而，由于光催化效率较低，其在工业上的实际应用迄今尚未充分实现。采用金属或非金属元素掺杂、晶面工程、氧空位中介、固溶体和异质结构建等许多策略可以提高其光催化性能。

6、bioio3的层状晶体结构由(bi2o2)2+层和互层(io3)-阴离子组成，极性基团在bioio3中的排列导致了极化电场和非中心对称的晶体结构。所有这些结构特征都能极大地促进光诱导电荷的分离，使bioio3具有优异的光催化活性。然而，由于其带隙较宽(3.0-3.3ev)，bioio3只对紫外光有响应。如何增强bioio3光催化剂对可见光的响应成为该领域亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为此，本发明为解决上述问题，提供一种i掺杂bioio3的光催化剂及其制备方法和应用。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种i掺杂bioio3的光催化剂制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

3、(1)将硝酸铋和kio3溶解于去离子水中得到混合溶液，将混合溶液转移至反应釜中120～180℃反应4～6h，冷却后经离心、洗涤、干燥、研磨得到bioio3；

4、(2)将步骤(1)制得的bioio3均匀分散于去离子水中得到bioio3悬浊液，再向bioio3悬浊液逐滴加入ki溶液，经搅拌1.5～3h、老化0.5～1.5h后，将固体产物洗涤、干燥、研磨得到i掺杂bioio3的光催化剂。

5、进一步的，步骤(1)中，先将bi(no3)3·5h2o超声溶解在去离子水中，搅拌5～15min后，再将kio3加入并继续搅拌20～40min。

6、进一步的，步骤(1)中，将混合溶液转移至反应釜中140～160℃反应4.5～5.5h，优选为150℃、5h。

7、进一步的，步骤(1)中和步骤(2)中的洗涤为用去离子水和无水乙醇交替洗涤3次。

8、进一步的，步骤(1)中和步骤(2)中的干燥为在真空干燥箱中40～70℃干燥，优选为60℃。

9、进一步的，步骤(2)中所述ki和bioio3的摩尔比为0.01～0.15:1，优选为0.025～0.15:1，更优选为0.075。

10、步骤(2)中的ki溶液为将ki溶于去离子水中制得。

11、本发明还公开了根据上述方法制备的i掺杂bioio3的光催化剂。

12、进一步的，所述光催化剂的吸光波长为200-550nm。

13、本发明还公开了上述i掺杂bioio3的光催化剂的应用，将所述i掺杂bioio3的光催化剂应用于光催化降解抗生素废水。

14、进一步的，所述抗生素为环丙沙星。

15、进一步的，同等条件下进行对含环丙沙星的溶液进行降解，所述的i掺杂bioio3的光催化剂对环丙沙星的去除率，是未掺杂的bioio3的1.5～2倍。在一个具体的实施例中，bioio3在三小时内对环丙沙星的去除率仅为49.7％，而7.5％i掺杂bioio3可达到92.99％。

16、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

17、本发明采用化学溶液法将i原子掺杂入bioio3，减少复合光催化剂的合成步骤，方法简单易于制备，易于工业化生产，具有较好的应用前景。i原子被掺杂到bioio3夹层中，可以扩大bioio3对可见光的响应范围，提高光诱导电子空穴分离效率，相比于现有的光催化剂，具有更高效的光催化降解废水中抗生素的效果。

技术特征：

1.一种i掺杂bioio3的光催化剂制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种i掺杂bioio3的光催化剂制备方法，其特征在于：步骤(1)中，先将bi(no3)3·5h2o超声分散在去离子水中，搅拌5～15min后，再将kio3加入并继续搅拌20～40min。

3.根据权利要求1所述的一种i掺杂bioio3的光催化剂制备方法，其特征在于：步骤(1)中，硝酸铋和kio3按摩尔比1～2:1，将二者的混合溶液转移至反应釜中140～160℃反应4.5～5.5h。

4.根据权利要求1所述的一种i掺杂bioio3的光催化剂制备方法，其特征在于：步骤(1)中和步骤(2)中的洗涤为用去离子水和无水乙醇交替洗涤2-3次。

5.根据权利要求1所述的一种i掺杂bioio3的光催化剂制备方法，其特征在于：步骤(1)中和步骤(2)中的干燥为在真空干燥箱中40～70℃干燥。

6.根据权利要求1所述的一种i掺杂bioio3的光催化剂制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述ki溶液中ki和bioio3的摩尔比为0.01～0.15:1，优选为0.025～0.15:1。

7.根据权利要求1-6任一项所述方法制备的i掺杂bioio3的光催化剂。

8.根据权利要求7所述的i掺杂bioio3的光催化剂，其特征在于：所述光催化剂的吸光波长为200-550nm，i原子被掺杂到bioio3夹层中，而不是取代晶格中的i原子。

9.权利要求7或8所述i掺杂bioio3的光催化剂的应用，其特征在于：将所述i掺杂bioio3的光催化剂应用于光催化降解抗生素废水；优选地，所述抗生素为环丙沙星。

10.根据权利要求9所述的i掺杂bioio3的光催化剂的应用，其特征在于：同等条件下进行对含环丙沙星的溶液进行降解，所述的i掺杂bioio3的光催化剂对环丙沙星的去除率，是未掺杂的bioio3的1.5～2倍。

技术总结
本发明公开一种I掺杂BiOIO<subgt;3</subgt;的光催化剂及其制备方法和应用，包括以下步骤：(1)将Bi(NO<subgt;3</subgt;)<subgt;3</subgt;·5H<subgt;2</subgt;O和KIO<subgt;3</subgt;溶解于去离子水中得到混合溶液，将混合溶液转移至反应釜中120～180℃反应4～6h，冷却后经离心、洗涤、干燥、研磨得到BiOIO<subgt;3</subgt;；(2)将步骤(1)制得的BiOIO<subgt;3</subgt;均匀分散于去离子水中得到BiOIO<subgt;3</subgt;悬浊液，再向BiOIO<subgt;3</subgt;溶液逐滴加入KI溶液，经搅拌1.5～3h、老化0.5～1.5h后，将固体产物洗涤、干燥、研磨得到I掺杂BiOIO<subgt;3</subgt;的光催化剂；本发明制备方法简单，制得的I掺杂BiOIO<subgt;3</subgt;的光催化剂能够有效提高材料可见光吸收性，从而显著提高抗生素废水的降解处理效果。

技术研发人员：傅海燕,宋依晴,李炼杰,林赟达,阳艾利
受保护的技术使用者：厦门理工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13