一种BiOCl光催化剂的多元可控合成方法
【专利摘要】一种BiOCl光催化剂的多元可控合成方法，属于环境化工光催化水处理【技术领域】。其特征在于该方法将适当浓度的BiCl3加入到二乙二醇或二乙二醇和水的混合溶剂中，再加入尿素沉淀剂，混合均匀后，溶胶直接或进行超声前处理后转入Teflon高压反应釜中一定温度下进行溶剂热反应生成沉淀，沉淀经水和乙醇洗涤后在80℃烘干即可得到不同形貌的BiOCl光催化剂粉体。本发明提供的BiOCl制备周期短，避免了表面活性剂的使用，通过对溶剂的控制和超声前处理可方便实现颗粒晶面可控(110和102)和形貌可控（二维片状和三维花状、球状）的制备方法。该催化剂用于光催化降解卡马西平药物废水，在紫外和模拟太阳光下均显示出优于TiO2(P25)的光催化活性，具有实际应用前景。
【专利说明】—种BiOCI光催化剂的多元可控合成方法
【技术领域】
[0001]本发明一种BiOCl光催化剂的多兀可控合成方法,属于环境化工光催化水处理【技术领域】，具体涉及一种利用多元醇的溶剂和模板剂作用，通过控制反应参数，制备出晶面和形貌多元可控、并对水中典型药物具有高效降解能力的BiOCl光催化剂。
【背景技术】
[0002]在过去的很长一段时间中，世界水处理领域的研究重点集中在某些优先控制的污染物上，如持久性有机污染物、农药、工业化学品及重金属等。然而，随着科技手段的不断进步，药品和个人护理用品(pharmaceuticals and personal care products, PPCPs)的产量和用量日渐增多。由于PPCPs在污水处理工艺中很难被完全去除，导致环境水体中的PPCPs呈显著持续性特征。PPCPs残留不仅对环境和生态系统产生不良影响，还可以通过食物链富集作用，对人类的健康造成持久性的危害，这己经引起了国内外科学家和公众的广泛关注。
[0003]光催化技术是利用半导体催化材料吸收光产生的电子-空穴对诱发氧化与还原反应，从而降解和矿化水体与空气中的各类污染物。光催化技术的核心是光催化剂，光催化剂的活性与其晶面暴露和形貌特征密切相关。光催化反应发生在半导体材料的表面，所以暴露的晶面决定了光催化反应能否发生及效率高低。BiOCl作为新型光催化剂，其晶面暴露的研究也取得了一定的进展:文献中报道了(110)晶面暴露的BiOCl活性较高(J.Alloy.Compd.，2013，549，pp70 - 76)。除此之外，光催化剂的形貌直接影响着其光催化活性。目前对BiOCl形貌的控制往往需要引入表面活性剂(Cryst.Eng.Comm., 2009, 11, ppl857 - 1862)，合成时间较长(Cryst.GrowthDes.,2010, 10，pp2522-2527)，其应用领域也主要集中在染料和重金属离子废水方面。通过对BiOCl的晶面暴露和形貌生长进行调控，将有可能获得更加优异的光催化性能，然而至今为止，还没有同时控制BiOCl晶面和形貌，并将其应用于光催化降解水中典型药物方面的报道。
【发明内容】
[0004]本发明一种BiOCl光催化剂的多元可控合成方法。根据本发明，采用多羟基醇二乙二醇同时作为溶剂和模板剂，通过对反应参数的控制可方便实现颗粒晶面和形貌可控制备，该方法操作简便，制备周期短，避免了表面活性剂的使用，能够有效降解水中典型药物，解决环境污染的问题。
[0005]本发明一种BiOCl光催化剂的多元可控合成方法，其特征在于是一种晶面和形貌同时可控的BiOCl光催化剂粉体的制备方法，其具体制备步骤为:
[0006]I)以BiCl3为铋源，采用二乙二醇和水的一种或两种混合溶剂作为溶剂，将BiCl3加入到溶剂中，搅拌或超声助溶且在水热反应前进行超声处理，溶解0.5?3h后，形成浓度为0.025?0.25mol.L-1的澄清铋前躯体；
[0007]2)向步骤I)形成的铋前躯体中，加入尿素，尿素和扮(:13摩尔比为2:1?40:1，继续搅拌，得到透明溶胶；
[0008]3)将步骤2)形成的溶胶转入Teflon高压反应釜中，在100?200°C温度下溶剂热反应0.5?72h，得到沉淀；
[0009]4)将沉淀用水和乙醇洗涤，在75?80°C烘干，即得110或102不同晶面暴露和二维片状、三维花状或球状形貌的，用于降解水中微量难降解药物污染物卡马西平的BiOCl光催化剂粉体。
[0010]上述一种BiOCl光催化剂的多元可控合成方法，其特征在于所述的用于降解水中微量难降解药物污染物卡马西平的反应条件为:水中药物处理量为2.5mg.Li在紫外灯或模拟太阳光氙灯的照射下，催化剂用量为0.5g.L—1，从反应器底部鼓入空气。
[0011]本发明一种BiOCl光催化剂的多元可控合成方法的优点为:
[0012](I)首次在水热反应前引入超声处理，与目前现有技术相比，制备周期短(水热30min)；
[0013](2)本发明提供的BiOCl制备工艺容易控制，避免了表面活性剂的使用，对环境友好，不产生有毒有害副产物；
[0014](3)本发明提供了一种高效降解水中典型药物的BiOCl光催化剂的合成方法，超声前处理水热反应所准备的BiOCl光催化剂在紫外光照射下，70min对卡马西平的降解率达到98.54%，同等条件下TiO2(P25)无法降解；
[0015](4)超声前处理水热反应所准备的BiOCl光催化剂在模拟太阳光照射下，150min对卡马西平的降解率达到96.73%，明显优于TiO2 (P25, 33.30% )；
[0016](5)能够利用太阳光催化降解水中典型药物，方法操作简单，反应条件温和，可实现对污染水的原位修复，运行成本低，也增加了这种方法的经济可行性。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图la，b，c为实施方式I，2，3制备的BiOCl光催化剂的XRD图；
[0018]图2a，b，c为实施方式1，2，3制备的BiOCl光催化剂的低倍SEM图，图2d，e，f为实施方式1，2，3制备的BiOCl光催化剂的高倍SEM图；
[0019]图3a，b，c为实施方式1，2，3制备的BiOCl光催化剂对卡马西平溶液的紫外光催化降解率图(测试所采用的紫外光源为250W紫外灯，主波长为365nm)；
[0020]图4a，b，c为实施方式1，2，3制备的BiOCl光催化剂对卡马西平溶液的模拟太阳光催化降解率图(模拟太阳光光源为500W氙灯，光源波长范围为200?800nm)。
【具体实施方式】
[0021]为了使本发明的技术方案更加清楚明白，下面将用实施例具体给予详细说明，但本发明的内容不只局限于所列举的实施方式的范围。
[0022]实施方式I
[0023]将BiCl3加入到二乙二醇中，室温搅拌1.5h，形成浓度为0.06mol.I/1的铋前躯体，加入尿素和水，其中尿素和BiCl3摩尔比为10:1，二乙二醇和水的比例为1:1，继续搅拌
1.5h，得到乳白色浑浊液；将形成的浑浊液转入Teflon高压反应釜中，在120°C温度下溶剂热反应0.5h ;将得到的沉淀用蒸馏水和乙醇洗漆，干燥，即得到BiOCl光催化剂粉体。[0024]所得光催化剂用于氧化处理卡马西平水溶液。其反应条件为:水中药物处理量为
2.5mg.L—1，在紫外灯或模拟太阳光氙灯的照射下，催化剂用量为0.5g.L—1，从反应器底部鼓入空气。每间隔5?30min时间取样，并用紫外-可见分光光度法测量卡马西平溶液的吸光度并计算其转化率，结果见图3。
[0025]实施方式2
[0026]将BiCl3W入到二乙二醇溶剂中，室温搅拌1.5h，形成浓度为0.06mol吨―1的铋前躯体；加入尿素，其中尿素和BiCl3摩尔比为10:1，继续搅拌得到透明溶胶；将形成的溶胶转入Teflon高压反应釜中，在120°C温度下溶剂热反应0.5h ；将得到的沉淀用蒸馏水和乙醇洗涤，干燥，即得到BiOCl光催化剂粉体。
[0027]所得光催化剂用于氧化处理卡马西平水溶液。其反应条件为:水中药物处理量为
2.5mg.L—1，在紫外灯或模拟太阳光氙灯的照射下，催化剂用量为0.5g.L—1，从反应器底部鼓入空气。每间隔5?30min时间取样，并用紫外-可见分光光度法测量卡马西平溶液的吸光度并计算其转化率，结果见图3。
[0028]实施方式3
[0029]将BiCl3加入到二乙二醇溶剂中，超声(40kHz，90W/cm2)助溶，形成浓度为
0.06mol.L-1的秘前躯体；加入尿素,其中尿素和BiCl3摩尔比为10:1,超声得到透明溶胶；继续超声5min,间歇2min,进行6个循环；将形成的溶胶转入Teflon高压反应爸中，在120°C温度下溶剂热反应0.5h ;将得到的沉淀用蒸馏水和乙醇洗涤，干燥，即得到BiOCl光催化剂粉体。
[0030]所得光催化剂用于氧化处理卡马西平水溶液。其反应条件为:水中药物处理量为
2.5mg.L—1，在紫外灯或模拟太阳光氙灯的照射下，催化剂用量为0.5g.L—1，从反应器底部鼓入空气。每间隔5?30min时间取样，并用紫外-可见分光光度法测量卡马西平溶液的吸光度并计算其转化率，结果见图3。
[0031]以上实施方式中所用药品试剂均为分析纯。
【权利要求】
1.一种BiOCl光催化剂的多元可控合成方法，其特征在于是一种晶面和形貌同时可控的BiOCl光催化剂粉体的制备方法，其具体制备步骤为: 1)以BiCl3为铋源，采用二乙二醇和水的一种或两种混合溶剂作为溶剂，将BiCl3W入到溶剂中，搅拌或超声助溶且在水热反应前进行超声处理，溶解0.5~3 h后，形成浓度为.0.025~0.25 mo I.L-1的澄清铋前躯体； 2)向步骤I)形成的秘前躯体中，加入尿素,尿素和BiCl3摩尔比为2:1~40:1，继续搅拌，得到透明溶胶； 3)将步骤2)形成的溶胶转入Teflon高压反应釜中，在10(T200°C温度下溶剂热反应.0.5~72 h，得到沉淀； 4)将沉淀用水和乙醇洗涤，在75~80°C烘干，即得110或102不同晶面暴露和二维片状、三维花状或球状形貌的，用于降解水中微量难降解药物污染物卡马西平的BiOCl光催化剂粉体。
2.按照权利要求1所述一种BiOCl光催化剂的多元可控合成方法，其特征在于所述的用于降解水中微量难降解药物污染物卡马西平的反应条件为:水中药物处理量为2.5mg吨-1，在紫外灯或模拟太阳光氙灯的照射下，催化剂用量为0.5 g吨―1，从反应器底部鼓入空气。
【文档编号】C02F1/32GK104014352SQ201410201908
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年5月14日 优先权日:2014年5月14日
【发明者】王雅文, 高晓亚, 金州洋, 温亚龙, 张小超, 樊彩梅, 岳斌 申请人:太原理工大学