一种灰色Bi2O2CO3光催化剂及其制备方法与流程

本发明属于光催化技术，涉及采用溶剂热法制备中间体BiOCOOH，通过紫外光照射制备了灰色Bi₂O₂CO₃光催化剂，该光催化剂具有高效可见光催化性能。

背景技术：

目前，环境污染日趋严重，已成为一个直接威胁人类生存，亟需解决的焦点问题。光催化技术是从二十世纪70年代逐步发展起来的在能源和环境领域有着重要应用前景的绿色技术。该技术能使环境中的有机污染物发生氧化分解反应，最终降解为CO₂、水和无机离子等小分子物质，由于不存在二次污染、降解程度高等优点被认为是目前最具开发潜力的环境污染处理方法。

铋系半导体光催化剂具有良好的光催化活性，可以有效地降解有机污染物，发展前景广阔。大部分铋系半导体光催化剂能被可见光激发，具有可见光催化活性。通常铋系半导体光催化材料如Bi₂O₂CO₃往往通过溶剂热法一步制备，具有一定的可见光催化活性，但对可见光的吸收较弱，导致了Bi₂O₂CO₃光催化剂的可见光催化性能较弱。为了提高Bi₂O₂CO₃在可见光下的光催化活性，探寻其他路径制备这一光催化剂是十分必要的。利用BiOCOOH的不稳定的，在紫外光灯照射下来将其转化为Bi₂O₂CO₃，得到的灰色Bi₂O₂CO₃对可见光吸收能力增强，可显著提高Bi₂O₂CO₃的光催化活性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种灰色Bi₂O₂CO₃光催化剂及其制备方法，该方法工艺简单、成本低廉，合成的光催化剂光催化降解效果较好。

本发明提供用于降解有机污染物的灰色Bi₂O₂CO₃光催化剂，其特征在于：用溶剂热法先制备BiOCOOH中间体，在紫外光照射下，得到灰色Bi₂O₂CO₃光催化剂，包括如下步骤：

(1)制备BiOCOOH：将1～2mmol五水硝酸铋溶解在5mL的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，在磁力搅拌下至澄清透明，加入一定量去离子水，混合搅拌10min，形成均一的白色悬浮液，然后转入50mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，120～150℃下反应6～16h，将所得产物离心分离，并分别用去离子水和无水乙醇洗涤3次后，在60℃下干燥12h，得到BiOCOOH中间体；

(2)灰色Bi₂O₂CO₃光催化剂的制备：取步骤(1)制备的BiOCOOH中间体0.1g加入到40mL去离子水中，在紫外光灯下照射8～12h，将所得产物离心分离，并分别用去离子水和无水乙醇洗涤3次后，在60℃下干燥12h，得到灰色Bi₂O₂CO₃光催化剂。

本发明与现有技术相比，具有显著优点：

(1)本发明采用溶剂热法先合成BiOCOOH光催化剂中间体，再利用紫外光照射，使BiOCOOH转化得到灰色Bi₂O₂CO₃光催化剂，该方法工艺简单，能耗较低，容易操作。

(2)本发明所制备的灰色Bi₂O₂CO₃光催化剂，对可见光的吸收显著增强，可见光催化活性显著提升。

附图说明

图1灰色Bi₂O₂CO₃光催化剂以及中间体BiOCOOH的X-射线衍射花样；

图2灰色Bi₂O₂CO₃光催化剂的扫描电子显微照片；

图3灰色Bi₂O₂CO₃光催化剂与一般方法制备的Bi₂O₂CO₃(T-Bi₂O₂CO₃)光催化剂的光催化性能对比

具体实施方式

本发明灰色Bi₂O₂CO₃光催化剂，以BiOCOOH为中间体，在紫外光照射下，使BiOCOOH转化得到灰色Bi₂O₂CO₃光催化剂，所制备的灰色Bi₂O₂CO₃具有高效的可见光催化性能。

本发明一种Bi₂O₂CO₃光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备BiOCOOH：将1～2mmol五水硝酸铋溶解在5mL的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，在磁力搅拌下至澄清透明，加入一定量去离子水，混合搅拌10min，形成均一的白色悬浮液，然后转入50mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，120～150℃下反应6～16h，将所得产物离心分离，并分别用去离子水和无水乙醇洗涤3次后，在60℃下干燥12h，得到BiOCOOH中间体；

(2)灰色Bi₂O₂CO₃光催化剂的制备：取步骤(1)制备的BiOCOOH中间体0.1g加入到40mL去离子水中，在紫外光灯下照射8～12h，将所得产物离心分离，并分别用去离子水和无水乙醇洗涤3次后，在60℃下干燥12h，得到灰色Bi₂O₂CO₃光催化剂。

为了更好的理解本发明，下面结合实例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不局限于下面所给出的实例。

实施方实例1：本发明一种灰色Bi₂O₂CO₃光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备BiOCOOH：将1mmol五水硝酸铋溶解在5mL的N,N-二甲基甲酰胺中，在磁力搅拌下至澄清透明，加入去离子水35mL，混合搅拌10min，形成均一的白色悬浮液，然后转入50mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，120℃下反应12h，将所得产物离心分离，并分别用去离子水和无水乙醇洗涤3次后，在60℃下干燥12h，得到BiOCOOH中间体；

(2)灰色Bi₂O₂CO₃光催化剂的制备：取步骤(1)制备的BiOCOOH中间体0.1g加入到40mL去离子水中，在紫外光灯下光照8h，将所得产物离心分离，并分别用去离子水和无水乙醇洗涤3次后，在60℃下干燥12h，得到Bi₂O₂CO₃光催化剂。

对灰色Bi₂O₂CO₃光催化剂以及中间体BiOCOOH中间体进行了X-射线衍射表征，衍射峰分别对应于相应的标准卡片，如图1所示，结果表明利用本发明所述的合成方法成功得到了Bi₂O₂CO₃光催化剂。用扫描电子显微镜对灰色Bi₂O₂CO₃光催化剂的形貌进行了表征，所制备的Bi₂O₂CO₃光催化剂为纳米片状结构，片块厚度较为均匀，约为100nm，如图2所示。光催化剂的光催化性能是通过300W氙灯提供的可见光照射下降解罗丹明B(Rhodamine B,RhB)溶液来衡量的，具体的实验过程如下：称取100mg光催化剂加入浓度为10^-5mol/L的100mL RhB溶液中，将配好的溶液置于暗处搅拌分散30min使其达到吸附平衡，然后打开氙灯光源使溶液进行光催化反应，每隔10min取约4mL的溶液，利用离心机离心分离出光催化剂，取上层清夜用紫外分光光度计来测量溶液中残留的RhB吸光度。Bi₂O₂CO₃光催化剂的光催化性能如图3所示，其光催化性能明显优于一般方法制备的T-Bi₂O₂CO₃在可见光下的光催化性能。

实施实例2：本发明一种灰色Bi₂O₂CO₃光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备BiOCOOH：将1mmol五水硝酸铋溶解在5mL的N,N-二甲基甲酰胺中，在磁力搅拌下至澄清透明，加入去离子水35mL，混合搅拌10min，形成均一的白色悬浮液，然后转入50mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，120℃下反应12h，将所得产物离心分离，并分别用去离子水和无水乙醇洗涤3次后，在60℃下干燥12h，得到BiOCOOH中间体；

(2)灰色Bi₂O₂CO₃光催化剂的制备：取步骤(1)制备的BiOCOOH中间体0.1g加入到40mL去离子水中，在紫外光下光照10h，将所得产物离心分离，并分别用去离子水和无水乙醇洗涤3次后，在60℃下干燥12h，得到Bi₂O₂CO₃光催化剂。