一種BiOCl光催化劑的多元可控合成方法
2023-04-26 02:25:56 3
一種BiOCl光催化劑的多元可控合成方法
【專利摘要】一種BiOCl光催化劑的多元可控合成方法，屬於環境化工光催化水處理【技術領域】。其特徵在於該方法將適當濃度的BiCl3加入到二乙二醇或二乙二醇和水的混合溶劑中，再加入尿素沉澱劑，混合均勻後，溶膠直接或進行超聲前處理後轉入Teflon高壓反應釜中一定溫度下進行溶劑熱反應生成沉澱，沉澱經水和乙醇洗滌後在80℃烘乾即可得到不同形貌的BiOCl光催化劑粉體。本發明提供的BiOCl製備周期短，避免了表面活性劑的使用，通過對溶劑的控制和超聲前處理可方便實現顆粒晶面可控(110和102)和形貌可控（二維片狀和三維花狀、球狀）的製備方法。該催化劑用於光催化降解卡馬西平藥物廢水，在紫外和模擬太陽光下均顯示出優於TiO2(P25)的光催化活性，具有實際應用前景。
【專利說明】—種BiOCI光催化劑的多元可控合成方法
【技術領域】
[0001]本發明一種BiOCl光催化劑的多兀可控合成方法,屬於環境化工光催化水處理【技術領域】，具體涉及一種利用多元醇的溶劑和模板劑作用，通過控制反應參數，製備出晶面和形貌多元可控、並對水中典型藥物具有高效降解能力的BiOCl光催化劑。
【背景技術】
[0002]在過去的很長一段時間中，世界水處理領域的研究重點集中在某些優先控制的汙染物上，如持久性有機汙染物、農藥、工業化學品及重金屬等。然而，隨著科技手段的不斷進步，藥品和個人護理用品(pharmaceuticals and personal care products, PPCPs)的產量和用量日漸增多。由於PPCPs在汙水處理工藝中很難被完全去除，導致環境水體中的PPCPs呈顯著持續性特徵。PPCPs殘留不僅對環境和生態系統產生不良影響，還可以通過食物鏈富集作用，對人類的健康造成持久性的危害，這己經引起了國內外科學家和公眾的廣泛關注。
[0003]光催化技術是利用半導體催化材料吸收光產生的電子-空穴對誘發氧化與還原反應，從而降解和礦化水體與空氣中的各類汙染物。光催化技術的核心是光催化劑，光催化劑的活性與其晶面暴露和形貌特徵密切相關。光催化反應發生在半導體材料的表面，所以暴露的晶面決定了光催化反應能否發生及效率高低。BiOCl作為新型光催化劑，其晶面暴露的研究也取得了一定的進展:文獻中報導了(110)晶面暴露的BiOCl活性較高(J.Alloy.Compd.，2013，549，pp70 - 76)。除此之外，光催化劑的形貌直接影響著其光催化活性。目前對BiOCl形貌的控制往往需要引入表面活性劑(Cryst.Eng.Comm., 2009, 11, ppl857 - 1862)，合成時間較長(Cryst.GrowthDes.,2010, 10，pp2522-2527)，其應用領域也主要集中在染料和重金屬離子廢水方面。通過對BiOCl的晶面暴露和形貌生長進行調控，將有可能獲得更加優異的光催化性能，然而至今為止，還沒有同時控制BiOCl晶面和形貌，並將其應用於光催化降解水中典型藥物方面的報導。
【發明內容】
[0004]本發明一種BiOCl光催化劑的多元可控合成方法。根據本發明，採用多羥基醇二乙二醇同時作為溶劑和模板劑，通過對反應參數的控制可方便實現顆粒晶面和形貌可控制備，該方法操作簡便，製備周期短，避免了表面活性劑的使用，能夠有效降解水中典型藥物，解決環境汙染的問題。
[0005]本發明一種BiOCl光催化劑的多元可控合成方法，其特徵在於是一種晶面和形貌同時可控的BiOCl光催化劑粉體的製備方法，其具體製備步驟為:
[0006]I)以BiCl3為鉍源，採用二乙二醇和水的一種或兩種混合溶劑作為溶劑，將BiCl3加入到溶劑中，攪拌或超聲助溶且在水熱反應前進行超聲處理，溶解0.5?3h後，形成濃度為0.025?0.25mol.L-1的澄清鉍前軀體；
[0007]2)向步驟I)形成的鉍前軀體中，加入尿素，尿素和扮(:13摩爾比為2:1?40:1，繼續攪拌，得到透明溶膠；
[0008]3)將步驟2)形成的溶膠轉入Teflon高壓反應釜中，在100?200°C溫度下溶劑熱反應0.5?72h，得到沉澱；
[0009]4)將沉澱用水和乙醇洗滌，在75?80°C烘乾，即得110或102不同晶面暴露和二維片狀、三維花狀或球狀形貌的，用於降解水中微量難降解藥物汙染物卡馬西平的BiOCl光催化劑粉體。
[0010]上述一種BiOCl光催化劑的多元可控合成方法，其特徵在於所述的用於降解水中微量難降解藥物汙染物卡馬西平的反應條件為:水中藥物處理量為2.5mg.Li在紫外燈或模擬太陽光氙燈的照射下，催化劑用量為0.5g.L—1，從反應器底部鼓入空氣。
[0011]本發明一種BiOCl光催化劑的多元可控合成方法的優點為:
[0012](I)首次在水熱反應前引入超聲處理，與目前現有技術相比，製備周期短(水熱30min)；
[0013](2)本發明提供的BiOCl製備工藝容易控制，避免了表面活性劑的使用，對環境友好，不產生有毒有害副產物；
[0014](3)本發明提供了一種高效降解水中典型藥物的BiOCl光催化劑的合成方法，超聲前處理水熱反應所準備的BiOCl光催化劑在紫外光照射下，70min對卡馬西平的降解率達到98.54%，同等條件下TiO2(P25)無法降解；
[0015](4)超聲前處理水熱反應所準備的BiOCl光催化劑在模擬太陽光照射下，150min對卡馬西平的降解率達到96.73%，明顯優於TiO2 (P25, 33.30% )；
[0016](5)能夠利用太陽光催化降解水中典型藥物，方法操作簡單，反應條件溫和，可實現對汙染水的原位修復，運行成本低，也增加了這種方法的經濟可行性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖la，b，c為實施方式I，2，3製備的BiOCl光催化劑的XRD圖；
[0018]圖2a，b，c為實施方式1，2，3製備的BiOCl光催化劑的低倍SEM圖，圖2d，e，f為實施方式1，2，3製備的BiOCl光催化劑的高倍SEM圖；
[0019]圖3a，b，c為實施方式1，2，3製備的BiOCl光催化劑對卡馬西平溶液的紫外光催化降解率圖(測試所採用的紫外光源為250W紫外燈，主波長為365nm)；
[0020]圖4a，b，c為實施方式1，2，3製備的BiOCl光催化劑對卡馬西平溶液的模擬太陽光催化降解率圖(模擬太陽光光源為500W氙燈，光源波長範圍為200?800nm)。
【具體實施方式】
[0021]為了使本發明的技術方案更加清楚明白，下面將用實施例具體給予詳細說明，但本發明的內容不只局限於所列舉的實施方式的範圍。
[0022]實施方式I
[0023]將BiCl3加入到二乙二醇中，室溫攪拌1.5h，形成濃度為0.06mol.I/1的鉍前軀體，加入尿素和水，其中尿素和BiCl3摩爾比為10:1，二乙二醇和水的比例為1:1，繼續攪拌
1.5h，得到乳白色渾濁液；將形成的渾濁液轉入Teflon高壓反應釜中，在120°C溫度下溶劑熱反應0.5h ;將得到的沉澱用蒸餾水和乙醇洗漆，乾燥，即得到BiOCl光催化劑粉體。[0024]所得光催化劑用於氧化處理卡馬西平水溶液。其反應條件為:水中藥物處理量為
2.5mg.L—1，在紫外燈或模擬太陽光氙燈的照射下，催化劑用量為0.5g.L—1，從反應器底部鼓入空氣。每間隔5?30min時間取樣，並用紫外-可見分光光度法測量卡馬西平溶液的吸光度並計算其轉化率，結果見圖3。
[0025]實施方式2
[0026]將BiCl3W入到二乙二醇溶劑中，室溫攪拌1.5h，形成濃度為0.06mol噸―1的鉍前軀體；加入尿素，其中尿素和BiCl3摩爾比為10:1，繼續攪拌得到透明溶膠；將形成的溶膠轉入Teflon高壓反應釜中，在120°C溫度下溶劑熱反應0.5h ；將得到的沉澱用蒸餾水和乙醇洗滌，乾燥，即得到BiOCl光催化劑粉體。
[0027]所得光催化劑用於氧化處理卡馬西平水溶液。其反應條件為:水中藥物處理量為
2.5mg.L—1，在紫外燈或模擬太陽光氙燈的照射下，催化劑用量為0.5g.L—1，從反應器底部鼓入空氣。每間隔5?30min時間取樣，並用紫外-可見分光光度法測量卡馬西平溶液的吸光度並計算其轉化率，結果見圖3。
[0028]實施方式3
[0029]將BiCl3加入到二乙二醇溶劑中，超聲(40kHz，90W/cm2)助溶，形成濃度為
0.06mol.L-1的秘前軀體；加入尿素,其中尿素和BiCl3摩爾比為10:1,超聲得到透明溶膠；繼續超聲5min,間歇2min,進行6個循環；將形成的溶膠轉入Teflon高壓反應爸中，在120°C溫度下溶劑熱反應0.5h ;將得到的沉澱用蒸餾水和乙醇洗滌，乾燥，即得到BiOCl光催化劑粉體。
[0030]所得光催化劑用於氧化處理卡馬西平水溶液。其反應條件為:水中藥物處理量為
2.5mg.L—1，在紫外燈或模擬太陽光氙燈的照射下，催化劑用量為0.5g.L—1，從反應器底部鼓入空氣。每間隔5?30min時間取樣，並用紫外-可見分光光度法測量卡馬西平溶液的吸光度並計算其轉化率，結果見圖3。
[0031]以上實施方式中所用藥品試劑均為分析純。
【權利要求】
1.一種BiOCl光催化劑的多元可控合成方法，其特徵在於是一種晶面和形貌同時可控的BiOCl光催化劑粉體的製備方法，其具體製備步驟為: 1)以BiCl3為鉍源，採用二乙二醇和水的一種或兩種混合溶劑作為溶劑，將BiCl3W入到溶劑中，攪拌或超聲助溶且在水熱反應前進行超聲處理，溶解0.5~3 h後，形成濃度為.0.025~0.25 mo I.L-1的澄清鉍前軀體； 2)向步驟I)形成的秘前軀體中，加入尿素,尿素和BiCl3摩爾比為2:1~40:1，繼續攪拌，得到透明溶膠； 3)將步驟2)形成的溶膠轉入Teflon高壓反應釜中，在10(T200°C溫度下溶劑熱反應.0.5~72 h，得到沉澱； 4)將沉澱用水和乙醇洗滌，在75~80°C烘乾，即得110或102不同晶面暴露和二維片狀、三維花狀或球狀形貌的，用於降解水中微量難降解藥物汙染物卡馬西平的BiOCl光催化劑粉體。
2.按照權利要求1所述一種BiOCl光催化劑的多元可控合成方法，其特徵在於所述的用於降解水中微量難降解藥物汙染物卡馬西平的反應條件為:水中藥物處理量為2.5mg噸-1，在紫外燈或模擬太陽光氙燈的照射下，催化劑用量為0.5 g噸―1，從反應器底部鼓入空氣。
【文檔編號】C02F1/32GK104014352SQ201410201908
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月14日 優先權日:2014年5月14日
【發明者】王雅文, 高曉亞, 金州洋, 溫亞龍, 張小超, 樊彩梅, 嶽斌 申請人:太原理工大學