/BiOI异质结复合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Bi2W06/Bi0I异质结复合光催化剂及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]可持续发展是当今世界普遍关注的问题。然而，能源短缺、环境污染等问题日益严重。各种有害污染物在水体、土壤和空气等环境中不断积蓄、迀移和转化，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]半导体光催化技术在解决能源和环境方面具有巨大的潜力。自从1972年Fujishima和Honda报道了利用η型半导体T12在紫外光照射下分解水制备氢气和氧气以来，半导体光催化技术受到了越来越多的关注[1]。近年来，光催化技术在环境污染治理的诸多领域均有着巨大的应用价值。目前在室内空气净化、公共场所的保洁除菌和污水处理等领域的应用得到广泛认可和关注。目前，T12因其化学性质稳定、无毒、低成本等优点成为使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，为了实现太阳能的有效利用，开发和设计具有可见光响应、绿色环保的新型光催化材料具有重要的实际意义。
[0004]铋系材料因其在可见光(λ >420nm)区具有良好的光催化性能和形貌多样性而被广泛关注和深入研究，而且铋和其他金属形成的复合材料也具有良好的可见光催化性能[3 6]。如卤氧化铋(B1X(X = Cl，Br，I))，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(1.77?1.92eV)并且在可见光区有很好的吸收而受到了广泛关注[3]。此外，13;[2￥06是一种最简单的Aurivillius型氧化物，是一种η型直接半导体材料，具有较窄的禁带宽度(约2.7eV)，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 M。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&6]。因此，急需在光催化领域开发新型复合催化剂。
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【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Bi2W06/Bi0I异质结复合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Bi2W06/Bi0I异质结复合光催化剂，由Bi2TO6和B1I组成，其中，B1I与Bi2TO6的摩尔比为98:1?1:49.5。
[0014]所述B1I与Bi2WO6的摩尔比为48:1?1:24.5。
[0015]—种Bi2W06/Bi0I异质结复合光催化剂的制备方法:
[0016](I)B1I的制备:将Bi (NO3)3.5H20分散于无水乙醇中，得到分散液A ;同时将KI和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)依次加入到超纯水中，磁力搅拌至完全溶解，得到溶解液B;然后在磁力搅拌下将上述溶解液B逐滴加入到上述分散液A中，得悬浮液，并调节悬浮液pH至5?9，继续磁力搅拌30?90min ;之后将悬浮液转移至高压反应爸中，放入电热恒温鼓风干燥箱中120?200°C热处理12?36h ;而后将反应釜冷却至室温，经抽滤、洗涤和40?80°C干燥2?1h后可得到具有三维分层花状结构的B1I ;其中，Bi (NO3)3.5H20和KI的物质的量之比为1:1 ;
[0017](2)Bi2W06/Bi0I异质结复合光催化剂的制备:将步骤(I)中得到的B1I分散于超纯水中，得分散液；同时将Na2WO4.2H20加入到超纯水中，磁力搅拌至完全溶解，得溶解液；然后向上述B1I分散液中逐滴加入上述Na2WO4S解液，继续磁力搅拌30?90min，得混合液；之后将混合液转移至配有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，放入电热恒温鼓风干燥箱中120?200°C热处理12?36h ;反应结束后，将反应釜冷却至室温，经过抽滤、洗涤和40?80°C干燥2?1h后可得到Bi2W06/Bi0I异质结复合光催化剂；其中，Na2W(^^ B1I的物质的量之比为0.02?0.49:1。
[0018]所述步骤⑴和步骤⑵中分散采用超声分散10?60min。
[0019]所述步骤(I)中PVP加入量与B1I的物质的量的关系为0.1?L Og PVP/ImmoIB110
[0020]所述步骤⑴中调节悬浮液pH值采用浓度为0.1?5.0moI/L的NH3.Η20或NaOH。
[0021]—种Bi2W06/Bi0I异质结复合光催化剂的应用，所述Bi2W06/Bi0I异质结复合光催化剂作为水体中杀菌剂的应用。
[0022]—种Bi2W06/Bi0I异质结复合光催化剂的应用，所述Bi2W06/Bi0I异质结复合光催化剂在降解染料中的应用。
[0023]—种Bi2W06/Bi0I异质结复合光催化剂的应用，所述Bi2W06/Bi0I异质结复合光催化剂在水体净化中的应用。
[0024]Bi2W06/Bi0I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氙灯作为光源，其波长范围为420?760nm ;所述微生物浓度为106cfu/mL ;所述亚甲基蓝浓度为20mg/L ;所述Bi2W06/Bi0I异质结复合光催化剂的用量为1.0mg/mL。
[0025]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Bi2W06/Bi0I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106cfu/mL ;所述亚甲基蓝浓度为20mg/L ;所述Bi2W06/Bi0I异质结复合光催化剂的用量为1.0mg/mL。
[0026]本发明的有益效果在于:
[0027]本发明通过将Bi2WOfr^ B1I复合，构建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Bi2WOjP B1I两种材料在光催化领域的实际应用具有重大意义；具体:
[0028](I)本发明采用简单的水热合成-离子交换法制备Bi2W06/Bi0I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；
[0029](2)本发明制备的Bi2W06/Bi0I异质结复合光催化剂，具有良好的可见光吸收性會K ;
[0030](3)本发明制备的Bi2W06/Bi0I异质结复合光催化剂可见光催化活性相比Bi2WO6和B1I均显著提高，在500W氙灯照射下，1.0mg/mL Bi2W06/Bi0I异质结复合光催化剂对浓度为10