碘氧化铋/多孔二氧化钛复合光催化剂及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种新型光催化材料，属于光催化技术，基于半导体异质结构的作用原理，将碘氧化铋与多孔二氧化钛微球复合，得到了具有半导体异质结构的高效复合光催化剂，这种催化剂可应用于土壤与水体中有机污染物的处理等领域。
【背景技术】
[0002]现代工业和经济的飞速发展，对环境造成的负面影响也日趋严重，环境中难降解的有机污染物已经成为环境治理中的一个焦点问题。对于分子量数以万计的有机污染物来说，常用的生化法处理存在一定困难。自从1972年Fujishima和Honda在η型半导体二氧化钛单晶电极上光电催化分解水制氢气以来，光催化技术作为一种新型的方法，引发了人们极大地关注。通常，对于半导体来说，接收到光子能量等于或高于半导体吸收阈值的光照时，半导体的价带(VB)电子会发生带间跃迀，即从价带跃迀到导带(CB)，从而产生光生电子和空穴。这些光生电子和空穴诱导了一系列有机污染物的反应，可对有机污染物实现分解和净化。目前用于光催化降解的半导体材料主要有Ti02、ZnO、CdS, Cu2O, ZnS, BiVO4等，其中T12由于具有生物惰性、强氧化能力、无毒和无光腐蚀等特点，成为应用最广泛的光催化剂。但是实现打02的实际应用存在几个关键的技术难题，例如T12固有带隙宽度较宽(3.2eV)，只能被紫外光(<380nm)所激发，故其本身对于可见光和太阳光的利用效率并不高。此外，T12由于内部光生电子和空穴的复合率较高或受到能带结构的限制，常常无法作为高效催化剂在实际问题中应用。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于针对传统二氧化钛催化性能不足，提供一种制备方法简单，对可见光响应强、光催化氧化分解能力高的碘氧化铋/多孔二氧化钛复合光催化剂。
[0004]本发明提供的可催化降解有机污染物的碘氧化铋/多孔二氧化钛复合光催化剂，是由碘氧化铋和二氧化钛微球构成，化学式是Bi0I/Ti02。本发明，构筑了碘氧化铋/ 二氧化钛异质结构，所得到的复合光催化剂具有较宽的光谱响应范围，在可见光下具有高效的光催化活性，同时兼具适用性广以及稳定性好的特点。
[0005]本发明采用的技术方案是:碘氧化铋/多孔二氧化钛复合光催化剂，制备方法包括以下步骤:
[0006]I)制备多孔二氧化钛微球:搅拌下，将钛酸四丁酯加入到乙二醇中，搅拌的同时向体系输送氮气；持续搅拌20_30h后，将混合液倒入含有超纯水的丙酮中，搅拌10-20分钟，然后静置陈化15_20h，收集产物；产物分散在超纯水中，转移至高压反应釜中，反应10-15h ;自然冷却至室温后，过滤，洗涤、干燥，得到多孔二氧化钛微球；
[0007]2)制备碘氧化铋/多孔二氧化钛复合光催化剂:将硝酸铋分散在乙二醇中，加入碘化钾，持续搅拌，然后加入多孔二氧化钛微球，并加入超纯水，室温条件下持续搅拌l_3h，将所得产物洗涤、干燥，得到碘氧化铋/多孔二氧化钛复合光催化剂。
[0008]上述的碘氧化铋/多孔二氧化钛复合光催化剂，步骤I)中，向体系中，输送氮气的时间为10-15min。
[0009]上述的碘氧化铋/多孔二氧化钛复合光催化剂，步骤I)中，将产物分散在超纯水中，转移至高压反应釜中，于170-190°C下反应10-15h。
[0010]上述的碘氧化铋/多孔二氧化钛复合光催化剂，步骤2)中，按摩尔比，硝酸铋:碘化钾=1:1
[0011]上述的碘氧化铋/多孔二氧化钛复合光催化剂，步骤2)中，按体积比，乙二醇:超纯水=1:1。
[0012]上述的碘氧化铋/多孔二氧化钛复合光催化剂，步骤2)中，按摩尔比，硝酸铋:多孔二氧化钛微球=1:1?3。
[0013]本发明与现有技术相比，具有如下显著优点:
[0014]I)本发明，在室温下进行碘氧化铋与二氧化钛的复合，工艺简单，易于操作，且成本低廉。
[0015]2)本发明，利用P型半导体碘氧化铋和η型半导体二氧化钛形成异质结构，有效加快载流子的迀移速率，且由于碘氧化铋的带隙较窄，复合光催化剂的光谱响应范围被显著拓宽，因而具备了更好的可见光催化活性。
[0016]3)本发明，利用P型半导体碘氧化铋和η型半导体二氧化钛设计合成了碘氧化铋/ 二氧化钛异质结构，促使光生电子和空穴的迀移和分离，同时抑制了电子和空穴的重组，实现了光催化剂活性的提高，通过调节硝酸铋和二氧化钛用量，得到了催化活性最优的一种复合光催化剂，因而确定了二者最佳的用量摩尔比。
[0017]4)本发明的碘氧化铋/多孔二氧化钛复合光催化剂，可作为光催化剂，在可见光下，降解土壤和水体中有机污染物。
【附图说明】
[0018]图1是电镜扫描图；
[0019]其中，a:多孔二氧化钛微球；b:碘氧化铋/多孔二氧化钛复合光催化剂。
[0020]图2是多孔二氧化钛微球和碘氧化铋/多孔二氧化钛复合光催化剂的XRD图。
[0021]图3是多孔二氧化钛微球和碘氧化铋/多孔二氧化钛复合光催化剂的紫外-可见漫反射光谱。
[0022]图4是碘氧化铋/多孔二氧化钛复合光催化剂光催化性能测试。
[0023]图5是碘氧化铋/多孔二氧化钛复合光催化剂光催化性能重复性测试。
【具体实施方式】
[0024]实施例1碘氧化铋/多孔二氧化钛复合光催化剂(BT-1)
[0025]制备方法如下:
[0026]I)将ImL钛酸四丁酯在剧烈搅拌下，加入到25mL乙二醇中，搅拌的同时向体系输送氮气约1min ;持续搅拌24h后，将混合液倒入含有ImL超纯水的10mL丙酮中，搅拌lOmin，此后，静置陈化16h左右；陈化结束后收集产物，洗涤、干燥；取干燥后的样品lg，分散在SOmL超纯水中，转移至10mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，置于180°C下反应1h ;自然冷却至室温后，过滤，洗涤、干燥，得到的干燥白色粉末即为多孔二氧化钛微球。
[0027]2)将0.970g(0.002mol)五水硝酸铋分散在20mL乙二醇中，再向体系中加入0.332g(0.002mol)碘化钾，室温下搅拌；然后加入0.160g(0.002mol)多孔二氧化钛微球，再加入20mL超纯水，室温搅拌2h，将所得产物收集，洗涤、干燥，得到碘氧化铋/多孔二氧化钛复合光催化剂，命名为BT-1。组分中碘氧化祕的摩尔比为50%。
[0028]实施例2碘氧化铋/多孔二氧化钛复合光催化剂(BT-2)
[0029]制备方法如下:
[0030]I)方法同实施例1。
[0031]2)将0.485g(0.001mol)五水硝酸铋分散在20mL乙二醇中，再向体系中加入0.166g(0.0Olmol)碘化钾，室温下搅拌；然后加入0.160g(0.002mol)多孔二氧化钛微球，再加入20mL超纯水，室温搅拌2h，将所得产物收集，洗涤、干燥，得到碘氧化铋/多孔二氧化钛复合光催化剂，命名为BT-2。组分中碘氧化祕的摩尔比为33 %。
[0032]实施例3碘氧化铋/多孔二氧化钛复合光催化剂(BT-3)
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