技术领域本发明属于无机环保光催化材料技术领域，具体涉及一种Bi2O2CO3-ZnFe2O4复合光催化剂及其制备方法。
背景技术：
随着发展的需求，能源日益枯竭，人类将面临巨大的能源危机，而消耗能源的同时也带来了严重的环境污染。在众多治理环境污染的技术之中，光催化降解污染物是近年来发展起来的一种节能、高效的绿色环保技术，它有低能耗、反应条件温和、二次污染少和设备简单等优势。在众多的光催化材料中，铋系氧化物具有催化活性高、无毒和光腐蚀性低等特性，已成为研究的热点。Bi2O2CO3是一种新型的光催化材料，其禁带宽度为3.4eV，当受到能量不低于其带隙的光照射时，会产生导带电子和价带空穴，具有较强的还原性和氧化性，能直接将有机污染物降解成无毒无害的水和二氧化碳。然而Bi2O2CO3光催化剂在使用过程中具有光生电子和空穴易复合，量子效率低，光催化活性偏低等特性，严重限制了其在工业中的应用。为了提高Bi2O2CO3光量子效率，将其与具有理想带隙的其它半导体相复合，利用两种半导体之间的能级差能使光生截流子由一种半导体微粒的能级注入到另一种半导体的能级上，使电荷有效分离，是提高Bi2O2CO3太阳能利用率和光量子效率的有效途径。锌铁氧体(ZnFe2O4)是一个典型的铁氧体尖晶石(AB2O4)，拥有广泛的应用和磁特性、电特性、催化活性和气敏特性等本质属性，ZnFe2O4的禁带宽度较窄，其禁带宽度约为1.9eV，其独特的晶体结构和电子结构使其具有较宽的吸收带隙和较高的光催化活性。然而，目前尚没有相关文献关于Bi2O2CO3-ZnFe2O4复合光催化剂的报道。
技术实现要素：
本发明解决的技术问题是提供了一种光量子效率高、易于回收、可见光吸收和光催化活性好的磁性Bi2O2CO3-ZnFe2O4复合光催化剂。本发明解决的另一个技术问题是提供了一种简单易行且环境友好的Bi2O2CO3-ZnFe2O4复合光催化剂的制备方法。本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种Bi2O2CO3-ZnFe2O4复合光催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）在搅拌条件下将氯化锌和九水合硝酸铁按摩尔比1:2溶于去离子水中形成氯化锌与九水合硝酸铁的混合溶液，再用氨水调节混合溶液的pH值为10，在室温条件下将混合溶液搅拌1h后转移至水热反应釜，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180-200℃微波反应10-30min，待反应结束冷却至常温后经离心、洗涤、干燥得到ZnFe2O4粉体；（2）以硝酸铋和去离子水为原料配制硝酸铋水溶液，在搅拌条件下向硝酸铋水溶液加入尿素和步骤（1）得到的ZnFe2O4粉体形成混合溶液，其中所加尿素与硝酸铋的摩尔比为3:1，所加ZnFe2O4粉体与硝酸铋的摩尔比为0.25-1:1；（3）在室温条件下将步骤（2）得到的混合溶液搅拌1h后转移至水热反应釜，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180-200℃微波反应10-30min，待反应结束冷却至常温后经离心、洗涤、干燥制得磁性Bi2O2CO3-ZnFe2O4复合光催化剂。进一步优选，步骤（1）的氯化锌与九水合硝酸铁的混合溶液中氯化锌的摩尔浓度为0.05-0.2mol/L。进一步优选，步骤（2）的硝酸铋水溶液的摩尔浓度为0.5-1mol/L。本发明所述的Bi2O2CO3-ZnFe2O4复合光催化剂，是按照上述方法制备得到的。本发明与现有技术相比具有以下有益效果：1、Bi2O2CO3光催化剂的导带电势ECB=0.16eV，价带电势EVB=3.56eV，而ZnFe2O4光催化剂的导带电势ECB=-1.5eV，价带电势EVB=0.4eV，在Bi2O2CO3-ZnFe2O4复合半导体中，ZnFe2O4的导带电势更负，光生电子容易从能级低的ZnFe2O4导带迁移到能级高的Bi2O2CO3导带上，同时Bi2O2CO3的价带电势更正，光生空穴容易从能级高的Bi2O2CO3价带迁移到能级低的ZnFe2O4价带上，从而提高光生电荷的分离效率，进而提高其光催化性能；2、ZnFe2O4禁带较窄，能有效拓展Bi2O2CO3-ZnFe2O4复合光催化剂对可见光的利用率，进而有效提高光的利用率和光催化活性；3、ZnFe2O4本身具有磁性，ZnFe2O4与Bi2O2CO3的复合使Bi2O2CO3-ZnFe2O4复合光催化剂也具有磁性，利用磁分离技术可将其从废水处理体系中快速分离出，解决了光催化剂使用后难以回收的难题，具有良好的应用前景。附图说明图1为本发明实施例2制得的Bi2O2CO3-ZnFe2O4复合光催化剂的X射线衍射图；图2为300W汞灯照射下，本发明实施例2制得的Bi2O2CO3-ZnFe2O4复合光催化剂和纯Bi2O2CO3光催剂对罗丹明B的降解对比曲线图（操作条件：催化剂的量：0.1g；罗丹明B的质量浓度：5mg/L）。具体实施方式以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。实施例1（1）在搅拌条件下将物质的量为0.005mol的氯化锌和物质的量为0.01mol的九水合硝酸铁与去离子水混合配成100mL氯化锌与九水合硝酸铁的混合溶液，再用氨水调节混合溶液的pH值为10，在室温条件下将混合溶液搅拌1h后转移至水热反应釜，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180℃微波反应30min，待反应结束冷却至常温后经离心、洗涤、干燥得到ZnFe2O4粉体；（2）配制摩尔浓度为0.5mol/L的硝酸铋水溶液100mL，在搅拌条件下向硝酸铋水溶液加入物质的量为0.15mol的尿素和物质的量为0.0125mol步骤（1）得到的ZnFe2O4粉体形成混合溶液；（3）在室温条件下将步骤（2）得到的混合溶液搅拌1h后转移至水热反应釜，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180℃微波反应30min，待反应结束冷却至常温后经离心、洗涤、干燥制得具有高催化活性的Bi2O2CO3-ZnFe2O4复合光催化剂。实施例2（1）在搅拌条件下将物质的量为0.01mol的氯化锌和物质的量为0.02mol的九水合硝酸铁与去离子水混合配成100mL氯化锌与九水合硝酸铁的混合溶液，再用氨水调节混合溶液的pH值为10，在室温条件下将混合溶液搅拌1h后转移至水热反应釜，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于190℃微波反应20min，待反应结束冷却至常温后经离心、洗涤、干燥得到ZnFe2O4粉体；（2）配制摩尔浓度为0.75mol/L的硝酸铋水溶液100mL，在搅拌条件下向硝酸铋水溶液加入物质的量为0.225mol的尿素和物质的量为0.0375mol步骤（1）得到的ZnFe2O4粉体形成混合溶液；（3）在室温条件下将步骤（2）得到的混合溶液搅拌1h后转移至水热反应釜，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于190℃微波反应20min，待反应结束冷却至常温后经离心、洗涤、干燥制得具有高催化活性的Bi2O2CO3-ZnFe2O4复合光催化剂。图1是本实施例制得的Bi2O2CO3-ZnFe2O4复合光催化剂的X射线衍射图，由图可知，所制备Bi2O2CO3-ZnFe2O4复合光催化剂纯度高，结晶性良好。图2是300W汞灯照射下，本实施例制得的Bi2O2CO3-ZnFe2O4复合光催化剂和纯Bi2O2CO3光催剂对罗丹明B的降解对比曲线图，由图可知，在相同的条件下，光照80min后，纯Bi2O2CO3光催化剂对罗丹明B的降解率为82%左右，而Bi2O2CO3-ZnFe2O4复合光催化剂对罗丹明B的降解率可达到92%左右，表现出明显增强的光催化活性。实施例3（1）在搅拌条件下将物质的量为0.02mol的氯化锌和物质的量为0.04mol的九水合硝酸铁与去离子水混合配成100mL氯化锌与九水合硝酸铁的混合溶液，再用氨水调节混合溶液的pH值为10，在室温条件下将混合溶液搅拌1h后转移至水热反应釜，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于200℃微波反应10min，待反应结束冷却至常温后经离心、洗涤、干燥得到ZnFe2O4粉体；（2）配制摩尔浓度为1mol/L的硝酸铋水溶液100mL，在搅拌条件下向硝酸铋水溶液加入物质的量为0.3mol的尿素和物质的量为0.1mol步骤（1）得到的ZnFe2O4粉体形成混合溶液；（3）在室温条件下将步骤（2）得到的混合溶液搅拌1h后转移至水热反应釜，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于200℃微波反应10min，待反应结束冷却至常温后经离心、洗涤、干燥制得具有高催化活性的Bi2O2CO3-ZnFe2O4复合光催化剂。以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。