异质结复合光催化剂及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明属于光催化领域，具体涉及一种Bi2W06/Ag3P04异质结复合光催化剂及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]光催化技术是一种利用光能进行物质转化的技术，自1972年日本科学家Fujishima和Honda首次报道Ti02在紫外光照下可以光解水产生氢气和氧气以后，半导体光催化技术受到了越来越多的关注[1]。对于半导体材料来说，它们可以在光照条件下产生电子-空穴对，一部分电子和空穴在体相内或表面相遇而复合，另一部分电子迀移到半导体表面具有很强的还原能力，可以与吸附的氧结合，生成具有强氧化性的自由基；而迀移到半导体表面的空穴有很强的氧化能力，可以将吸附在半导体表面的0H和!120氧化，产生强氧化性的自由基，比如.0Η、.Η02、Η20#Ρ.02# [2]，可以直接与反应物发生作用并将其氧化分解，而且不产生二次污染。近年来，光催化技术的应用研究发展十分迅速，因其具有高效、无选择性、稳定性高、绿色无毒、无二次污染、能耗低、操作简便和低成本等突出优点，而且可以充分利用清洁无污染的太阳能，在污水处理、废气处理、空气净化、杀菌消毒、催化制氢、还原0)2等方面已经有广泛应用，并且效果良好。
[0003]近年来，人们对开发新型的可见光催化剂做了大量研究，其中包含了 d0和dlO电子构型的In3\ Ce3+、Bi3+、Ag+等。其中，Bi #06是一种最简单的Aurivillius型氧化物，是一种η型直接半导体材料，自1999年Kudo等首次报道了 Bi2W06在波长大于420nm的可见光辐射下具有光催化活性后[3]，Bi2W06因其较窄的禁带宽度(约2.7eV)，能被可见光激发并在可见光下具有较高的催化活性从而作为一种新型可见光催化材料引起了越来越多的关注M。然而由于在单体扮#06中激发的电子和空穴对的迀移距离长，体相复合的几率增加，不利于电子-空穴的快速分离，导致光催化活性相对不高。因此，可以通过半导体复合构建复合材料可以加速电子-空穴分离，提高单体材料的光催化性能[5'6]。々&?04是一种新型高效的光催化材料，其特有的间接带隙、价带中光激发空穴的强氧化性，同时其电子迀移速率比空穴迀移速率更高，从而促使电子-空穴分离，使其具有良好的光催化性能；同时Ag空位缺陷能够参与光电子捕获，提供更多的光激发空穴，也有利于电子-空穴分离m。因此，现需要构建一种复合型催化剂。
[0004][ 1 ] K.Nakata，A.Fujishima.T i02photocatalysis: Design andapplicat1ns[J].Journal of Photochemistry and Photob1logy C:PhotochemistryReviews, 2012，13:169-189.
[0005][2]X.B.Chen, S.S.Ma0.Titanium d1xide nanomaterials:Synthesis, properties，modificat1ns，and applicat1ns[J].Chemical Reviews, 2007, 107:2891-2959.
[0006][3]A.Kudo，S.Hiji1 H-2or 0-2evolut1n from aqueous solut1ns onlayered oxide photocatalysts consisting of Bi3+with 6s (2)configurat1n and d(0)transit1n metal 1ns[J].Chemistry Letters，1999，10:1103-1104.
[0007][4]X.F.Cao，L.Zhang, X.T.Chen, Z.L.Xue.Microwave-assisted solut1n-phasepreparat1n of flower-like Bi2W06and its visible-light-driven photocatalyticproperties[J].CrystEngComm, 2011，13:306-311.
[0008][5] Y.Hu，D.Z.Li, Y.Zheng, ff.Chen, Y.H.He, Y.Shao，X.Z.Fu，G.C.Xia0.BiV04/Ti02nanocrystalline heterostructure:A wide spectrum responsive photocatalysttowards the highly efficient decomposit1n of gaseous benzene[J].AppliedCatalysis B:Environmental, 2011, 104:30-36.
[0009][6]Z.J.Zhang, ff.Z.Wang, L.Wang, S.M.Sun.Enhancement of visible-lightphotocatalysis by coupling with narrow-band-gap semiconductor:A case study onBi2S3/Bi2W06[J].ACS Applied Materials&Interfaces, 2012，4:593-597.
[0010][7] Z.G.Yi，J.H.Ye, N.Kikugawa, T.Kako，S.X.0uyang, H.Stuart-ffi 11 iams, H.Yang, J.Y.Cao, ff.J.Luo，Z.S.Li, Y.Liu, R.L.Withers.An orthophosphate semiconductorwith photooxidat1n properties under visible-light irradiat1n[J].NatureMaterials, 2010，9:559-564.
【发明内容】
[0011]本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题，提供一种812胃06/^#04异质结复合光催化剂及其制备方法和应用。
[0012]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实施:
[0013]—种Bi2W06/Ag3P0^质结复合光催化剂，由Bi 2评06和Ag #04组成；其中，Ag #04纳米颗粒沉积在三维分层棒状结构的8“胃06表面；Bi 2胃06与Ag3P04的摩尔比为1:0.1?10。
[0014]所述的Bi2TO6与Ag3P04的摩尔比为1:0.1?5。
[0015]—种Bi2W06/Ag3P04异质结复合光催化剂的制备方法:
[0016](1) Bi2W06的制备:将Bi (NO 3) 3.5H20分散于超纯水中，得到分散液；同时将Na2W04.2H20加入到超纯水中，磁力搅拌至完全溶解，得到溶解液；然后在磁力搅拌下将上述Na2W04溶解液逐滴加入到上述Bi (NO3) 3分散液中，得悬浮液，并调节悬浮液pH至5?9搅拌后将悬浮液转移至高压反应釜中，放入电热恒温鼓风干燥箱中120?180°C热处理12?36h，而后将反应釜冷却至室温，经抽滤、洗涤和40?80°C干燥2?10h可得到三维分层棒状结构的Bi2W06;其中，Bi (NO 3)3.5H20与Na2W04.2H20的物质的量之比为2:1 ;
[0017]⑵Bi2W06/Ag3P04异质结复合光催化剂的制备:将步骤⑴中得到的Bi 2W06分散于超纯水中得分散液，而后在磁力搅拌下加入AgN03，搅拌至完全溶解得混合液，然后逐滴加入含磷酸根的前躯体溶液，之后继续避光搅拌2?8h，经抽滤、洗涤和40?80°C真空干燥2?10h可得到Bi2W06/Ag3P04异质结复合光催化剂；其中，含磷酸根的前躯体中磷酸根与AgN03中银离子的物质的量之比为1:3。
[0018]所述步骤(1)中调节悬浮液pH值采用浓度为0.1?5.0mol/L的ΝΗ3.Η20或NaOH。
[0019]所述步骤(2)中含磷酸根的前躯体为Na2HP04、NaH2P04、Na3P04、K2HP04、KH2P04SK3P04其中的一种。
[0020]所述步骤⑵中Bi2W(V^加入的AgNO 3的物质的量之比为1:0.3?15。
[0021]所述步骤(1)和步骤⑵中分散是采用超声分散10?60min，然后磁力搅拌10?60mino
[0022]—种Bi2W06/Ag3P04异质结复合光催化剂的应用，所述Bi 2W06/Ag3P04异质结复合光催化剂作为水体中杀菌剂的应用。
[0023]—种Bi2W06/Ag3P04异质结复合光催化剂的应用，所述Bi 2W06/Ag3P04异质结复合光催化剂在降解染料中的应用。
[0024]—种Bi2W06/Ag3P04异质结复合光催化剂的应用，所述Bi 2W06/Ag3P04异质结复合光催化剂在水体净化中的应用。
[0025]Bi2W06/Ag3P04异质结复合光催化剂应用于水体中，对有害微生物铜绿假单胞杆菌(P.aeruginosa)和染料污染物亚甲基蓝(MB)的可见光催化杀灭和降解，采用500W氙灯作为光源，其波长范围为420?760nm ;所述微生物浓度为106cfu/mL ;所述亚甲基蓝浓度为20mg/L ;所述扮2胃06/^83?04异质结复合光催化剂的用量为1.0mg/mL。
[0026]其光催化活性具体测试方法为:采用500W氙灯作为光源，辅以滤光片；将微生物和亚甲基蓝溶液加入到反应器中，然后加入Bi2W06/Ag3P0^质结复合光催化剂，暗态吸附达到平衡后开始光照，光照过程中间隔一定时间取样，通过平板计数法和紫外可见分光光度法测定存活细菌浓度和残余亚甲基蓝浓度，计算杀灭率和降解率。所述的光源为氙灯，其波长范围为420?760nm ;所述微生物浓度为106cfu/mL ;所述亚甲基蓝浓度为20mg/L ;所述扮2胃06/^&?04异质结复合光催化剂的用量为1.0mg/mL。
[0027]本发明的有益效果在于:
[0028]本发明通过将Ag3P(V^ Bi 2W06复合，构建具有异质结结构的复合材料，加速光生载流子在复合材料表面的分离，进而提高复合材料的光催化性能，对扮#06和Ag孑04两种材料在光催化领域的实际应用具有重大意义；具体:
[0029](1)本发明采用的制备方法工艺简单、易于控制、成本低廉；
[0030](2)本发明制备的由三