一种2D-2D结构碘酸氧铋复合光催化剂的制备方法与流程

本发明属于光催化剂领域，具体涉及到一种2d-2d结构碘酸氧铋复合光催化剂的制备方法。
背景技术：
：我国多数煤炭用于燃烧发电，而煤燃烧所产生的硫氧化物(sox)、氮氧化物(nox)、粉尘、以及以汞(hg)为代表的重金属是造成大气污染的主要因素之一。我国颁布了《火电厂大气污染排放标准gb-13223-2011》标准，限定了火电厂sox、nox、粉尘和汞的排放标准。近些年随着污染物控制技术的跨越式发展，燃煤电厂sox、nox和粉尘的排放已基本达到排放标准。而燃煤电厂烟气汞的减排仍处于理论研究阶段，如何高效合理的脱除电厂烟气汞已成为目前电厂污染物减排研究的重点。铋基半导体光催化剂是最近发现的具有独特结构的新型光催化剂。铋基光催化剂已经被广泛应用于光解水制氢，光催化二氧化碳转化，光催化降解有机物，光催化氧化无机物以及光催化合成氨等领域。铋基半导体光催化剂是最近发现的具有独特结构的新型光催化剂，独特的电子结构赋予它们适宜的禁带宽度从而拥有良好的可见光响应，同时由bi6s和o2p轨道杂合而成的价带位置合适，具有良好的电子空穴分离特性。稀土元素具有独特的4f结构，铈是稀土中丰量的元素，它的最外层电子排布是4f15d16s2，这种特殊的电子结构使铈能在ce3+和ce4+之间进行转换，具有可变的离子价态，使铈在化学反应中展现不同的化学性能。此外，氧化铈在高温中更加容易可以使释放晶格氧。综上所述，为了改进这类光催化材料，用bioio3制备ceo2复合光催化材料，能够拓宽可见光吸收的波长范围，提高光催化剂的催化氧化效率，显得尤为必要。技术实现要素：本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种2d-2d结构碘酸氧铋复合光催化剂的制备方法。为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种2d-2d结构碘酸氧铋复合光催化剂的制备方法，包括，将五水合硝酸铋溶解于溶剂中，搅拌得到五水合硝酸铋溶液；将碘酸钾加入所述五水合硝酸铋溶液中搅拌后，置于反应釜中进行水热反应，将水热反应得到的溶液洗涤，干燥，冷却后得到纯固体；将得到的纯固体研磨成粉末状；将氧化铈与得到的粉末状固体放于坩埚后放入马弗炉进行煅烧1～1.5h，煅烧温度控制在90～150℃，升温速度3～4℃/min，即得到所述2d-2d结构碘酸氧铋复合光催化剂。作为本发明所述2d-2d结构碘酸氧铋复合光催化剂的制备方法的一种优选方案，其中：所述将五水合硝酸铋溶解于溶剂中，其中，溶剂为去离子水。作为本发明所述2d-2d结构碘酸氧铋复合光催化剂的制备方法的一种优选方案，其中：所述将五水合硝酸铋溶解于溶剂中，其中，是指将每1毫摩尔的五水硝酸铋添加到50～70ml去离子水中。作为本发明所述2d-2d结构碘酸氧铋复合光催化剂的制备方法的一种优选方案，其中：所述搅拌得到五水合硝酸铋溶液，其中，搅拌时间为10～15min，搅拌转速为1800rpm。作为本发明所述2d-2d结构碘酸氧铋复合光催化剂的制备方法的一种优选方案，其中：所述将碘酸钾加入所述五水合硝酸铋溶液中搅拌，其中，碘酸钾和五水合硝酸铋的摩尔比为1:1。作为本发明所述2d-2d结构碘酸氧铋复合光催化剂的制备方法的一种优选方案，其中：所述搅拌，搅拌时间为30～40min，搅拌转速为1800rpm。作为本发明所述2d-2d结构碘酸氧铋复合光催化剂的制备方法的一种优选方案，其中：所述水热反应，其反应温度为100～150℃，反应时间为8～10h。作为本发明所述2d-2d结构碘酸氧铋复合光催化剂的制备方法的一种优选方案，其中：所述将水热反应得到的溶液洗涤，干燥，其中，洗涤是指分别用去离子水和无水乙醇洗涤三次；干燥是指在50～70℃干燥箱中干燥8～10h。作为本发明所述2d-2d结构碘酸氧铋复合光催化剂的制备方法的一种优选方案，其中：所述将氧化铈与得到的粉末状固体放于坩埚后放入马弗炉进行煅烧1～1.5h，其中，氧化铈与碘酸氧铋摩尔比为0.01～0.09:1。作为本发明所述2d-2d结构碘酸氧铋复合光催化剂的制备方法的一种优选方案，其中：所述将得到的纯固体研磨成粉末状，其中，粉末为过180目筛的粉末。本发明有益效果：(1)本发明提供了一种常温、常压条件下制备具有2d-2d结构碘酸氧铋复合光催化剂的方法，使用五水合硝酸铋，碘酸钾和氧化铈为前驱体，通过水热和煅烧得到2d-2d结构碘酸氧铋复合光催化剂，制备方法简单。(2)本发明用bioio3制备ceo2复合光催化材料，拓宽了可见光吸收的波长范围，提高光催化剂的催化氧化效率，对单质汞进行氧化使其更易于吸附脱除，在可见光照射下其脱除效率达到80％左右，大大提升了烟气汞的脱除净化效果，同时对氮氧化物和硫氧化物也具有良好的脱除效果，实现多种污染物联合脱除。(3)本发明制得的2d-2d结构碘酸氧铋复合光催化剂，可用于燃煤电站烟气净化，同时也适用于水泥、化工、冶金等燃煤行业，对于解决我国烟气污染严重问题大有裨益，应用前景广阔，具有很高的经济和社会价值。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：图1为本发明实施例1制得的2d-2d结构碘酸氧铋复合光催化剂样品的xrd图。图2为本发明实施例1制得的2d-2d结构碘酸氧铋复合光催化剂样品的sem图。图3为本发明实施例1制得的2d-2d结构碘酸氧铋复合光催化剂样品的效率对比图。具体实施方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。实施例1(1)称取1毫摩尔五水合硝酸铋，溶解于60ml去离子水中，1800rpm磁力搅拌10min，得到五水合硝酸铋溶液，再称取1毫摩尔碘化钾溶解加入五水合硝酸铋溶液中，1800rpm磁力搅拌30min后，置于反应釜中进行水热反应，其中，水热反应温度为100℃，时间为8h。(2)将(1)中水热反应得到的溶液，分别用去离子水和无水乙醇进行洗涤三次，将所得溶液置于70℃干燥箱中，干燥8h，冷却后得到纯固体，在石英研钵中研磨成粉末状，粉末过180目筛，得粉末状固体。(3)将(2)中制得到的粉末状固体和氧化铈以摩尔比1:0.08配比混合，放入马弗炉煅烧，即得到所述2d-2d结构碘酸氧铋复合光催化剂；其中，煅烧温度为150℃，煅烧时间1h，升温速度3℃/min。图1为制备2d-2d结构碘酸氧铋复合光催化剂的xrd图，从图1中可以看出，碘酸氧铋和氧化铈的峰与标准峰一致且复合物两种特征峰都有，表明样品成功合成。图2为制备2d-2d结构碘酸氧铋复合光催化剂的sem图，从图2中可以看出，碘酸氧铋复合光催化剂碘为2d-2d结构。用脱除汞的能力来验证光催化活性：在可见光照射下，称取50mg光催化剂进行重金属汞脱除实验，初始汞浓度稳定为50μg/m3，经过45min的可见光照射测定光催化脱除汞效率，图3为制备2d-2d结构碘酸氧铋复合光催化剂的效率对比图，从图3中可以看出，纯碘酸氧铋的效率为66％而复合光催化剂效率为80％，即复合光催化剂效率较高。实施例2(1)称取1毫摩尔五水合硝酸铋，溶解于60ml去离子水中，1800rpm磁力搅拌10min，得到五水合硝酸铋溶液，再称取1毫摩尔碘化钾溶解加入五水合硝酸铋溶液中，1800rpm磁力搅拌30min后，置于反应釜中进行水热反应，其中，水热反应温度为100℃，时间为8h。(2)将(1)中水热反应得到的溶液，分别用去离子水和无水乙醇进行洗涤三次，将所得溶液置于70℃干燥箱中，干燥8h，冷却后得到纯固体，在石英研钵中研磨成粉末状，粉末过180目筛，得粉末状固体。(3)将(2)中制得到的粉末状固体和氧化铈以摩尔比1:0.01配比混合，放入马弗炉煅烧，即得到所述2d-2d结构碘酸氧铋复合光催化剂；其中，煅烧温度为150℃，煅烧时间1h，升温速度3℃/min。实施例3(1)称取1毫摩尔五水合硝酸铋，溶解于60ml去离子水中，1800rpm磁力搅拌10min，得到五水合硝酸铋溶液，再称取1毫摩尔碘化钾溶解加入五水合硝酸铋溶液中，1800rpm磁力搅拌30min后，置于反应釜中进行水热反应，其中，水热反应温度为100℃，时间为8h。(2)将(1)中水热反应得到的溶液，分别用去离子水和无水乙醇进行洗涤三次，将所得溶液置于70℃干燥箱中，干燥8h，冷却后得到纯固体，在石英研钵中研磨成粉末状，粉末过180目筛，得粉末状固体。(3)将(2)中制得到的粉末状固体和氧化铈以摩尔比1:0.05配比混合，放入马弗炉煅烧，即得到所述2d-2d结构碘酸氧铋复合光催化剂；其中，煅烧温度为150℃，煅烧时间1h，升温速度3℃/min。实施例4(1)称取1毫摩尔五水合硝酸铋，溶解于60ml去离子水中，1800rpm磁力搅拌10min，得到五水合硝酸铋溶液，再称取1毫摩尔碘化钾溶解加入五水合硝酸铋溶液中，1800rpm磁力搅拌30min后，置于反应釜中进行水热反应，其中，水热反应温度为100℃，时间为8h。(2)将(1)中水热反应得到的溶液，分别用去离子水和无水乙醇进行洗涤三次，将所得溶液置于70℃干燥箱中，干燥8h，冷却后得到纯固体，在石英研钵中研磨成粉末状，粉末过180目筛，得粉末状固体。(3)将(2)中制得到的粉末状固体和氧化铈以摩尔比1:0.06配比混合，放入马弗炉煅烧，即得到所述2d-2d结构碘酸氧铋复合光催化剂；其中，煅烧温度为150℃，煅烧时间1h，升温速度3℃/min。实施例5(1)称取1毫摩尔五水合硝酸铋，溶解于60ml去离子水中，1800rpm磁力搅拌10min，得到五水合硝酸铋溶液，再称取1毫摩尔碘化钾溶解加入五水合硝酸铋溶液中，1800rpm磁力搅拌30min后，置于反应釜中进行水热反应，其中，水热反应温度为100℃，时间为8h。(2)将(1)中水热反应得到的溶液，分别用去离子水和无水乙醇进行洗涤三次，将所得溶液置于70℃干燥箱中，干燥8h，冷却后得到纯固体，在石英研钵中研磨成粉末状，粉末过180目筛，得粉末状固体。(3)将(2)中制得到的粉末状固体和氧化铈以摩尔比1:0.09配比混合，放入马弗炉煅烧，即得到所述2d-2d结构碘酸氧铋复合光催化剂；其中，煅烧温度为150℃，煅烧时间1h，升温速度3℃/min。用脱除汞的能力来验证光催化活性：在可见光照射下，称取50mg光催化剂进行重金属汞脱除实验，初始汞浓度稳定为50μg/m3，经过45min的可见光照射测定光催化脱除汞效率，结果见表1。表1从表1可以看出，本发明制备得到的2d-2d结构碘酸氧铋复合光催化剂，2d2d结构是二维二维平板结构，可以增大光催化活性，但是不同的氧化铈与碘酸氧铋摩尔比，对制得产品的光催化性能存在较大区别，可能由于不同的氧化铈与碘酸氧铋摩尔比，对最终制得的碘酸氧铋复合光催化剂2d-2d结构存在差异，导致最终光催化活性存在差异，本发明优选氧化铈与碘酸氧铋摩尔比为0.08:1，制得的光催化剂，光催化脱除汞效率达到最佳水平。对比例1(1)称取1毫摩尔五水合硝酸铋，溶解于60ml去离子水中，1800rpm磁力搅拌10min，得到五水合硝酸铋溶液，再称取1毫摩尔碘化钾溶解加入五水合硝酸铋溶液中，1800rpm磁力搅拌30min后，置于反应釜中进行水热反应，其中，水热反应温度为100℃，时间为8h。(2)将(1)中水热反应得到的溶液，分别用去离子水和无水乙醇进行洗涤三次，将所得溶液置于70℃干燥箱中，干燥8h，冷却后得到纯固体，在石英研钵中研磨成粉末状，粉末过180目筛，得粉末状固体。(3)将(2)中制得到的粉末状固体和氧化铈以摩尔比1:0.12配比混合，放入马弗炉煅烧，即得到碘酸氧铋复合光催化剂；其中，煅烧温度为150℃，煅烧时间1h，升温速度3℃/min。对比例2(1)称取1毫摩尔五水合硝酸铋，溶解于60ml去离子水中，1800rpm磁力搅拌10min，得到五水合硝酸铋溶液，再称取1毫摩尔碘化钾溶解加入五水合硝酸铋溶液中，1800rpm磁力搅拌30min后，置于反应釜中进行水热反应，其中，水热反应温度为100℃，时间为8h。(2)将(1)中水热反应得到的溶液，分别用去离子水和无水乙醇进行洗涤三次，将所得溶液置于70℃干燥箱中，干燥8h，冷却后得到纯固体，在石英研钵中研磨成粉末状，粉末过180目筛，得粉末状固体。(3)将(2)中制得到的粉末状固体和氧化铈以摩尔比1:0.14配比混合，放入马弗炉煅烧，即得到碘酸氧铋复合光催化剂；其中，煅烧温度为150℃，煅烧时间1h，升温速度3℃/min。对比例3(1)称取1毫摩尔五水合硝酸铋，溶解于60ml去离子水中，1800rpm磁力搅拌10min，得到五水合硝酸铋溶液，再称取1毫摩尔碘化钾溶解加入五水合硝酸铋溶液中，1800rpm磁力搅拌2h后，接着将得到的白色悬浊液离心洗涤，用去离子水和无水乙醇各洗涤三次，放到烘箱中烘干12小时；最后将样品研磨成粉末并且放入马弗炉中煅烧，升温速率设定为2℃/min，煅烧温度200℃，煅烧时间为2小时，冷却后得到纯固体，在石英研钵中研磨成粉末状，粉末过180目筛，得粉末状固体。(2)将(1)中制得到的粉末状固体和氧化铈以摩尔比1:0.08配比混合，放入马弗炉煅烧，即得到所述2d-2d结构碘酸氧铋复合光催化剂；其中，煅烧温度为150℃，煅烧时间1h，升温速度3℃/min。用脱除汞的能力来验证光催化活性：在可见光照射下，称取50mg光催化剂进行重金属汞脱除实验，初始汞浓度稳定为50μg/m3，经过45min的可见光照射测定光催化脱除汞效率，结果见表2。表2对比例1对比例2对比例3光催化脱除汞效率76％74％76％从表2可以看出，氧化铈的添加量过大时，制得的复合催化剂，光催化脱除汞效率有所降低，可能制得产物，其可能无法形成2d-2d结构，导致复合光催化剂催化效率降低。同时，不同方法制得的碘酸氧铋，制得的复合催化剂光催化脱除汞效率降低，可能由于不同的制备方法制得的碘酸氧铋性质存在差别，对制得的复合催化剂的结构产生了不良影响，从而降低了复合催化剂催化效率。本发明提供了一种常温、常压条件下制备2d-2d结构碘酸氧铋复合光催化剂的方法，使用五水合硝酸铋，碘酸钾和氧化铈为前驱体，通过水热和煅烧得到2d-2d结构碘酸氧铋复合光催化剂，制备方法简单。本发明用bioio3制备ceo2复合光催化材料，拓宽了可见光吸收的波长范围，提高光催化剂的催化氧化效率，对单质汞进行氧化使其更易于吸附脱除，在可见光照射下其脱除效率达到80％左右，大大提升了烟气汞的脱除净化效果，同时对氮氧化物和硫氧化物也具有良好的脱除效果，实现多种污染物联合脱除。应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。当前第1页12