一种碳酸氧铋原位复合卤氧化铋光催化剂及其制备方法和应用

本申请实施例涉及光催化材料，特别是涉及一种碳酸氧铋原位复合卤氧化铋光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、光催化是被广泛应用于解决环境污染问题的一种手段。光催化技术较电催化和热催化等手段更具节能高效和安全性。近年来，光催化技术得到了越来越广泛的应用，并且高效光催化剂的开发取得了重大进展。近年来，卤氧化铋(biox，其中x是cl、br等)系列光催化剂因其独特的层状结构和卓越的光催化性能而备受瞩目。然而，单一催化剂存在固有的催化性能差以及难以回收重复利用等缺陷，限制了其在实际生产中的应用。biocl因其独特的层状晶体结构与优秀的电学、磁学等性能成为了常见的光催化材料，然而biocl材料电子-空穴复合率高降低了其光催化性能。biobr与传统的催化剂和氧化剂相比，其价带位置更高，氧化能力更强，但其内部电子空穴的复合率高是个不可忽视的缺点。

2、现有授权公告号为cn110064425b的中国专利公开了一种碳酸氧铋-氯氧铋异质结及其合成方法中使用的二氯甲烷是一种2a类致癌物，且被列入有害大气污染物及有害水污染物名录。现有公开号为cn101879455a的中国专利公开了一种光催化剂氯氧化铋的制备及其应用，虽在降解有机污染物方面取得了一定的成果，但存在只能吸收太阳光中含量较低的紫外光才能发挥其作用的局限。现有公开号为cn114733534a的中国专利公开了一种溴氧化铋-木质素复合光催化剂及其制备方法和应用，溴氧化铋木质素复合光催化剂包括溴氧化铋和木质素，其制备方法中的木质素只作为催化剂载体。仅对催化活性有小部分提高，然而其本身不会参与电荷传输，同时也不会额外产生更多的光生电子-空穴对。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请实施例提供一种碳酸氧铋原位复合卤氧化铋光催化剂及其制备方法和应用，对有机染料具有高效催化降解性能；此外，合成方法简单，易于控制，无加热反应，安全系数高且不存在环境污染风险，能够有效克服上述现有技术所存在的缺陷。

2、本申请实施例第一方面提供一种碳酸氧铋原位复合卤氧化铋光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

3、步骤一、将铋盐溶于稀硝酸溶液中，在室温下混合搅拌均匀，得到溶液a；将碳酸盐溶于水中，室温下搅拌均匀，得到溶液b；

4、步骤二、将所述溶液b缓慢滴加至所述溶液a中，待滴加完毕后，常温搅拌进行共沉淀反应，离心、洗涤、干燥后得到前驱体；

5、步骤三、将所述前驱体加入氢卤酸溶液中，超声处理后在室温下混合搅拌均匀，离心、洗涤、干燥后得到碳酸氧铋原位复合卤氧化铋光催化剂。

6、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤一中，所述铋盐采用bi(no3)3·5h2o；或

7、所述稀硝酸溶液的浓度为0.05～0.15mol/l；或

8、所述碳酸盐采用k2co3。

9、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤一中，所述所述bi(no3)3·5h2o:k2co3的摩尔用量为4:(10-13)。

10、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤二中，采用注射泵将所述溶液b缓慢滴加至所述溶液a中，所述注射泵注射速度为10-13ml/h。

11、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤二中，所述共沉淀反应时间为1.5-2h。

12、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤二或步骤三中，所述干燥均采用真空干燥箱进行，所述干燥温度为60-80℃，干燥时间为2-3h。

13、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤三中，所述氢卤酸溶液的浓度为0.05～0.15mol/l，优选为0.1mol/l；或

14、所述氢卤酸溶液为hcl溶液和/或hbr溶液。

15、具体地，碳酸氧铋原位复合卤氧化铋光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

16、步骤一、将bi(no3)3·5h2o溶于hno3溶液中，在室温下混合搅拌均匀，标记为溶液a；将k2co3于h2o中，室温下搅拌均匀，标记为溶液b；

17、步骤二、将所述溶液b移入注射泵中，缓慢滴加至溶液a中，待滴加完毕后，进行常温搅拌，待搅拌结束后，离心，洗涤；

18、步骤三、将步骤2洗涤后得到的产物设置相应的温度放入干燥箱中烘干，降至室温后得到bi2o2co3纯样；

19、步骤四、称取适量步骤3所得的bi2o2co3纯样放入一定量的氢卤酸溶液中，使用磁力搅拌器进行搅拌，保证碳酸氧铋在氢卤酸溶液中的分散均匀，搅拌20min后，对沉淀进行清洗过滤收集，将所得沉淀在80℃的干燥箱中干燥，分别得到不同复合比例bi2o2co3/biox(x＝cl、br)复合材料。

20、本申请实施例第二方面还提供一种如上述的制备方法制得的碳酸氧铋原位复合卤氧化铋光催化剂。

21、本申请实施例第三方面还提供一种如上述的碳酸氧铋原位复合卤氧化铋光催化剂在降解有机染料中的应用。

22、在可以包括上述实施例的一些实施例中，包括以下步骤：将碳酸氧铋原位复合卤氧化铋光催化剂与有机污染物的水溶液混合，搅拌，在黑暗条件下达到吸附-解吸平衡后，在可见光波长范围光照条件下进行光催化反应，完成对有机污染物的去除；或

23、所述碳酸氧铋原位复合卤氧化铋光催化剂的添加量为每毫升有机污染物的水溶液中添加催化剂16mg；或

24、所述有机污染物的水溶液中含有有机污染物10mg/l或20mg/l；或

25、所述有机污染物为罗丹明b或结晶紫；

26、所述可见光波长范围≥420nm，所述光照射灯源为led灯，功率为100w；或

27、所述光催化反应在室温下进行，所述光催化反应时间为30-90min。

28、具体地，称取适量bi2o2co3/biox(x＝cl、br)复合材料溶解在废水中，分别选取罗丹明b和结晶紫作为模拟有机污染物进行光催化降解实验。无光条件下进行暗反应阶段，待暗反应吸附解吸均衡后，在室温条件下，打开光源，进行光催化降解。

29、本申请实施例与现有技术相比，具有如下有益效果：

30、(1)本申请使用酸腐蚀法合成呈规则的片层负载结构的二元复合材料，bi2o2co3/biox(x＝cl、br)复合材料合成过程耗时短、成本低、能耗少，同时在常温常压条件下合成，适用于工业及批量生产，得到的复合光催化剂具有广阔的应用前景；

31、(2)本申请制备的bi2o2co3/biox(x＝cl、br)复合光催化剂对有机污染物的光催化性能明显增强，对有机污染物的削减程度较高；

32、(3)本申请制备的bi2o2co3/biox(x＝cl、br)复合光催化剂具有较好的可见光响应能力、较强的光催化性能且状态稳定，多次循环后仍能保持较强的光催化活性。

技术特征：

1.一种碳酸氧铋原位复合卤氧化铋光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的碳酸氧铋原位复合卤氧化铋光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述铋盐采用bi(no3)3·5h2o；或

3.根据权利要求2所述的碳酸氧铋原位复合卤氧化铋光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述bi(no3)3·5h2o:k2co3的摩尔用量为4:(10-13)。

4.根据权利要求1所述的碳酸氧铋原位复合卤氧化铋光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤二中，采用注射泵将所述溶液b缓慢滴加至所述溶液a中，所述注射泵注射速度为10-13ml/h。

5.根据权利要求1所述的碳酸氧铋原位复合卤氧化铋光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述共沉淀反应时间为1.5-2h。

6.根据权利要求1所述的碳酸氧铋原位复合卤氧化铋光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤二或步骤三中，所述干燥均采用真空干燥箱进行，所述干燥温度为60-80℃，干燥时间为2-3h。

7.根据权利要求1所述的碳酸氧铋原位复合卤氧化铋光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述氢卤酸溶液的浓度为0.05～0.15mol/l；或

8.一种如权利要求1～7中任一项所述的制备方法制得的碳酸氧铋原位复合卤氧化铋光催化剂。

9.一种如权利要求8所述的碳酸氧铋原位复合卤氧化铋光催化剂在降解有机染料中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：将碳酸氧铋原位复合卤氧化铋光催化剂与有机污染物的水溶液混合，搅拌，在黑暗条件下达到吸附-解吸平衡后，在可见光波长范围光照条件下进行光催化反应，完成对有机污染物的去除；或

技术总结
本申请实施例涉及一种碳酸氧铋原位复合卤氧化铋光催化剂及其制备方法和应用，属于光催化材料技术领域。本申请实施例的碳酸氧铋原位复合卤氧化铋光催化剂的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将铋盐溶于稀硝酸溶液中，在室温下混合搅拌均匀，得到溶液A；将碳酸盐溶于水中，室温下搅拌均匀，得到溶液B；步骤二、将溶液B缓慢滴加至溶液A中，待滴加完毕后，常温搅拌进行共沉淀反应，离心、洗涤、干燥后得到前驱体；步骤三、将前驱体加入氢卤酸溶液中，超声处理后在室温下混合搅拌均匀，离心、洗涤、干燥后得到碳酸氧铋原位复合卤氧化铋光催化剂。本申请实施例所提供的碳酸氧铋原位复合卤氧化铋光催化剂，对有机染料具有高效催化降解性能。

技术研发人员：宋忠诚,李孟,孙丽侠,郁超,肖旭
受保护的技术使用者：江苏理工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/11/14