一种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，具体涉及一种光催化剂及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]可持续发展是一个世界性的问题。然而，环境污染特别是水体污染等问题日益严重。各种有害污染物累积在水体、土壤和空气等环境中不仅严重破坏了生态平衡，也危害着人类的生命与健康。另外，经济发展需要消耗大量的能源，正在引发新的能源危机，而大量的开采和使用传统矿产能源本身就会引发严重的环境问题。
[0003]半导体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报道Ti02可以利用紫外光光解水产生氢气和氧气以来，半导体光催化技术就开始受到了极大的关注[1]。目前半导体光催化技术在室内空气净化、公共场所的保洁除菌和污水处理等领域都得到了广泛应用。目前，T12因为具有化学性质稳定、无毒、低成本等优点成为应用最广泛的光催化材料，但是由于T12还存在着如光生电子空穴复合率高、对可见光的利用率低以及回收困难等缺陷，使其应用范围受到了极大制约[2]。因此，开发能够有效利用太阳能，绿色环保的新型高效光催化材料具有重要的现实意义。
[0004]铋系材料因其在可见光(λ>420ηπι)区具有良好的光吸收性能，而且其形貌具有多样性而得到了广泛关注和深入研究。铋和其他金属形成的复合材料同样具有良好的可见光催化性能[3—6]。如卤氧化铋(B1X(X = Cl，Br，I))，其一般具有四方晶形结构，是由[Bi2O2]片层与两层卤素元素交替排列形成的片层状结构，其中B1I因为具有最小的禁带宽度(约1.SOeV)并且在可见光区有很好的吸收而受到了广泛关注[3]。此外，BiVO4是一种η型直接半导体材料，具有较窄的禁带宽度(约2.4eV)，在可见光照下具有较高的催化活性，在环境净化和新能源开发领域具有潜在的应用价值，成为目前广泛研究的光催化剂之一[4]。但是由于单体光催化剂中光电子-空穴分离较慢，光生载流子易复合，导致半导体材料的光催化性能受限，而通过半导体复合构建复合材料可以加速电子-空穴分离，提高材料的光催化性能[5，6]。因此，急需在光催化领域开发合成新型复合催化剂。
[0005][I]K.Nakata,A.Fujishima.Ti02photocatalysis:Design and applicat1ns[J].Journal of Photochemistry and Photob1logy C:Photochemistry Reviews,2012,13:169-189.
[0006][2]X.B.Chen，S.S.Ma0.Titanium d1xide nanomaterials: Synthesis,properties ,modificat1ns ,and applicat1ns!! J].Chemical Reviews, 2007,107:2891-2959.
[0007][3]X.Xiao,ff.D.Zhang,Facile synthesis of nanostructured B1Imicrospheres with high visible light-1nduced photocatalytic activity[J].Journal of Materials Chemistry,2010,20:5866-5870.
[0008][4]R.A.He,S.ff.Cao,P.Zhou,J.G.Yu,Recent advances in visible light B1-based photocatalysts, Chin.J.Catal.,35(2014)989-1007.
[0009][5]Y.Y.Li,J.S.ffang,H.C.Yao,L.Y.Dang,Z.J.L1.Chemical etchingpreparat1n of B1I/Bi2〇3 heterostructures with enhanced photocatalyticactivities!!J].Catalysis Communicat1ns,2011,12:660-664.
[0010][6]Y.Park,K.J.McDonald,K.S.Choi,Progress in bismuth vanadatephotoanodes for use in solar water oxidat1n,Chem.Soc.Rev.,42(2013)2321-2337.
【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]一种光催化剂，光催化剂为Bi0I/BiV04异质结复合物，其，由B1I和BiVO4组成，B1I与BiVO4的摩尔比为18:1?1:18。
[0014]所述B1I与BiVO4的摩尔比为9:1?1:9。
[0015]一种光催化剂的制备方法，将KI和NH4VO3分散于过量的乙醇水溶液中，得分散液A;同时，将Bi(NO3)3.5H20溶解于过量的乙醇水溶液中，得分散液B;在搅拌的情况下将溶液A逐滴加入到溶液B中，将上述悬浊液搅拌40?80min后转移到水热釜中，160?200°C水热12?36h，水热结束后，经过抽滤、洗涤和50?100°C干燥3?24h后可得到具有片状及花球状状结构的 Bi0I/BiV04。
[0016]所述KI和NH4VO3之间的用量关系1:18?18:1;分散液A和分散液B之间的用量关系1:2?2:1;分散液B中Bi(NO3)3.5H20中终浓度为0.25?lmol/L。
[0017]所述获得分散液A和分散液B采用搅拌分散10?60min。
[0018]所述乙醇水溶液乙醇与水体积比为I: I。
[0019]一种光催化剂的应用，所述Bi0I/BiV04异质结复合光催化剂作为用于水体中的杀菌剂。
[0020]所述Bi0I/BiV04异质结复合光催化剂在降解染料中的应用。
[0021 ]所述Bi0I/BiV04异质结复合光催化剂在水体净化中的应用。
[0022]Bi0I/BiV04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氣灯作为光源，其波长范围为420?760nm;所述微生物浓度为108cf u/mL;所述亚甲基蓝浓度为20mg/L；所述Bi0I/BiV04异质结复合光催化剂的用量为1.0mg/mL。
[0023]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B1VBiVO4异质结复合光催化剂，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108cfu/mL;所述亚甲基蓝浓度为20mg/L;所述B1I/BiVO4异质结复合光催化剂的用量为1.0mg/mL。
[0024]本发明的有益效果在于:
[0025]本发明通过将B1I和BiVO4复合，构建形成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，进而提高光催化性能，对B1I和BiVO4两种材料在光催化领域的实际应用具有重大意义。具体:
[0026](I)本发明采用简单的共沉淀-水热合成法制备B1VBiVO4异质结复合光催化剂，制备方法工艺简单、易于控制、成本低廉；
[0027](2)本发明制备的Bi0I/BiV04异质结复合光催化剂，具有良好的可见光吸收性能；
[0028](3)本发明制备的Bi0I/BiV04异质结复合光催化剂可见光催化活性相比B1I和BiVO4均显著提高，在500W氙灯照射下，1.0mg/mL Bi0I/BiV04异质结复合光催化剂对浓度为108cfu/mL的微生物120min内杀灭率可达到99.99% ,对浓度20mg/L的亚甲基蓝240min内实现完全降解；
[0029](4)本发明制备