氯氧化铋光催化剂的制备方法及其在降解磺胺二甲基嘧啶中的应用与流程

本发明属于材料制备及水环境污染控制的技术领域，涉及一种氯氧化铋光催化剂的制备方法及其在降解磺胺二甲基嘧啶中的应用。

背景技术：

近年来，医药及个人护理用品（ppcps）成为一类新兴环境污染物，其中抗生素主要用于人类和动物的疾病预防和治疗。磺胺类抗菌药具有抗菌、广谱的作用，但是进入畜禽体内后，不能完全代谢，会以原药的形式排出体外。畜禽废水中磺胺二甲基嘧啶检出率较高，但是，常规化学吸附方法或物理方法不能很好的处理含磺胺二甲基嘧啶废水。

光催化技术是通过光催化剂在光照射下产生的的催化反应，是可以模拟大自然中的光合作用的一种技术。光通过在光催化剂的表面进行激发可以产生空穴和电子，空穴与电子可以与水进行自由基传递，产生氧气、氢气，同时也会产生羟基自由基或者超氧自由基使有机污染物进行降解，从而实现光能的转化。光化学反应还可以使抗生素发生不可逆的转化、分解。然而，目前的半导体光催化剂如tio2、biocl，主要是集中在紫外光区，由于紫外光在太阳光中的比例较小，使得光催化剂不能很好的利用太阳光。开发可见光的光催化剂显得十分有必要。有文献指出，通过调整bi、o、cl的原子数目可以得到新型的可见光光催化材料。作为一种的新的半导体材料，bi12o17cl2被发现能在可见光吸收。有研究者制备了bi12o17cl2，其在可见光下能高效的降解含氯污染物。但是，之前制备的bi12o17cl2整体光催化效率不高，而且工艺操作复杂。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有纳米片层结构、窄的带隙宽度，快速的光生载流子分离、迁移能力的氯氧化铋光催化剂的制备方法及其在降解磺胺二甲基嘧啶中的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种氯氧化铋光催化剂的制备方法，包括以下步骤：将氯化铋和氢氧化钠溶于水中并搅拌，得到混合溶液，将混合溶液进行水热反应，反应后，经洗涤、离心和烘干，得到层状氯氧化铋光催化剂，氯氧化铋的分子式为bi12o17cl2，所述层状氯氧化铋光催化剂用于降解磺胺二甲基嘧啶。

上述的氯氧化铋光催化剂的制备方法中，优选的，所述氯化铋、氢氧化钠、水的比例为1mmol∶3mmol～6mmol∶80ml～160ml。

上述的氯氧化铋光催化剂的制备方法中，优选的，所述水热反应的温度为140℃～180℃，所述水热反应的时间为12h～24h。

上述的氯氧化铋光催化剂的制备方法中，优选的，所述搅拌的时间为30min～60min。

上述的氯氧化铋光催化剂的制备方法中，优选的，所述洗涤为采用水和乙醇各洗3～5次。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的氯氧化铋光催化剂的制备方法制得的氯氧化铋光催化剂在降解磺胺二甲基嘧啶中的应用。

本发明的主要创新点在于制备方法中采用的原料及配比，生成的bi12o17cl2具有可见光光催化性能。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的制备方法工艺简单，原材料易得，成本低廉，可见光催化效率高，符合实际生产需求，在光催化领域具有广阔的应用前景，能够实现高效地可见光光降解磺胺二甲基嘧啶。本发明制备的催化剂在可见光照射下，90min内对磺胺二甲基嘧啶的降解率最高达到75%。该催化剂具有纯度高、可控性好、合成成本低廉等优势。

附图说明

图1为本发明实施例1的制备方法制得的氯氧化铋光催化剂的sem图。

图2为本发明实施例1和2制备方法制备的氯氧化铋光催化剂x射线粉末衍射（xrd）对比图。

图3为本发明实施例1和2制备方法制备的氯氧化铋光催化剂紫外漫反射光谱（drs）图谱。

图4为本发明实施例3的应用中所得到的实施例1和实施例2制得的氯氧化铋光催化剂对磺胺二甲基嘧啶的催化降解曲线图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。

实施例1：

一种本发明的氯氧化铋光催化剂的制备方法，包括以下步骤：取1mmol的氯化铋与3mmol的氢氧化钠溶于80ml超纯水中混合，搅拌30min，得到混合溶液。将混合溶液转移至反应釜，在140℃下水热反应12h。冷却后，用水与乙醇各洗涤3次，离心，弃去上清液，下层固体烘干，即可得到片层结构的氯氧化铋（也称为氯氧铋）bi12o17cl2光催化剂。该催化剂可以高效降解磺胺二甲基嘧啶。如图1所示，为本实施例1制备的光催化剂的sem图，从图可知，催化剂为纳米片结构，且表面光滑，纳米层的厚度为10-20nm。

实施例2：

一种本发明的氯氧化铋光催化剂的制备方法，包括以下步骤：取1mmol的氯化铋与3mmol的氢氧化钠溶于80ml超纯水中混合，搅拌30min，得到混合溶液。将混合溶液转移至反应釜，在160℃下水热反应12h。冷却后，用水与乙醇各洗涤3次，离心，弃去上清液，下层固体烘干，即可得到bi12o17cl2光催化剂。该催化剂可以高效降解磺胺二甲基嘧啶。

性能测试：

图2为实施例1和2制备的光催化剂的纳米片的xrd图，两种催化剂的峰均与bi12o17cl2的主要峰一致（jcpdscardno.37-0702），证明确实得到了氯氧化铋bi12o17cl2。

图3为实施例1和2制备的光催化剂纳米片层的drs图，从图中可以看出，实施例1与例2制备的催化剂将波长拓宽至520nm以上，增加了光的吸收范围，提高了光的利用率。

实施例3：

一种本发明的氯氧化铋光催化剂的制备方法制得的氯氧化铋光催化剂在降解磺胺二甲基嘧啶中的应用。以磺胺二甲基嘧啶作为特征磺胺类抗生素，按实施例1和2方法制备的催化剂进行降解实验，其中含磺胺二甲基嘧啶的水溶液的浓度为10mg/l；取催化剂100mg，置于100ml上述磺胺二甲基嘧啶溶液中，在暗室中搅拌60min，然后将溶液置于可见光源中，每10min取2ml磺胺二甲基嘧啶溶液，用hplc-uv测出溶液中磺胺二甲基嘧啶的浓度，计算降解率。

按照实施例1和实施例2得到的氯氧化铋光催化剂在可见光下降解磺胺二甲基嘧啶的降解曲线，见图4，光照1小时后，实施例1与2所制备的催化剂的降解率均在75%以上。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种氯氧化铋光催化剂的制备方法及其在降解磺胺二甲基嘧啶中的应用。制备方法包括将氯化铋和氢氧化钠溶于水中并搅拌，得到混合溶液，将混合溶液进行水热反应，反应后，经洗涤、离心和烘干，得到层状氯氧化铋光催化剂，氯氧化铋的分子式为Bi12O17Cl2。该制备方法操作简单，原材料易得，可见光催化效率高，在光催化领域具有广阔的应用前景，制得的催化剂具有纯度高、可控性好、合成成本低廉等优势，可用于高效降解磺胺二甲基嘧啶。

技术研发人员：周成赟;曾光明;黄丹莲;赖萃;张辰;程敏;胡亮;熊炜平;温铭;薛文静;王荣忠;邓锐
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：2017.07.26
技术公布日：2017.11.24