本發(fā)明涉及催化劑的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鈷氧化物摻雜的堿式碳酸鉍/氯氧化鉍光催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

近年來，為了解決日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，排放物、廢棄物的妥善處理逐漸受到了世界各國的廣泛關(guān)注。光催化反應(yīng)能將有機(jī)污染物完全降解和礦化，避免了傳統(tǒng)處理方法中產(chǎn)生有害副產(chǎn)品的問題，已成為目前解決環(huán)境問題的關(guān)鍵有效的方法之一。光催化反應(yīng)是光催化劑在某些波長光子能量的驅(qū)動(dòng)下，通過產(chǎn)生空穴電子對而引發(fā)的一系列氧化還原反應(yīng)，可有效去除環(huán)境中的污染物，且能耗少，無二次污染，對環(huán)境友好，在環(huán)境凈化領(lǐng)域中具有巨大的潛力。

當(dāng)前，鉍系和鈦系材料由于其具有廉價(jià)、無毒等優(yōu)點(diǎn)，被用于光催化反應(yīng)。其中，鉍系半導(dǎo)體光催化材料的電子結(jié)構(gòu)，價(jià)帶由Bi-6s和O-2p軌道雜化而成，在可見光范圍內(nèi)有較陡峭的吸收邊，陰陽離子間的反鍵作用有利于空穴的形成與流動(dòng)，有利于有機(jī)物的降解。

為了提高光催化劑質(zhì)量，有不少研究人員開發(fā)了不同的光催化劑及其制備方法，例如， 中國發(fā)明專利201310429602.4公開了一種鉍基鍶磁性光催化劑的制備方法，以硝酸鉍和鐵酸鍶為原料，用十二炕基苯磺酸納為分散劑，先制得鉍基鍶磁性光催化劑的前驅(qū)體，再通過烘干焙燒得到產(chǎn)品。該方法為堿式碳酸鉍光催化劑的水熱合成法，所用工藝對于工業(yè)化生產(chǎn)來說仍較為復(fù)雜，僅適用于實(shí)驗(yàn)室小規(guī)模制備 ；中國專利201510946933.4公開了一種摻釓鈦酸鉍可見光光催化劑及其制備方法。該方法以硝酸鉍、硝酸釓和鈦酸四丁酯為原料，以冰乙酸、乙二醇甲醚和乙酰丙酮為溶劑，通過溶膠凝膠-水熱法在鈦酸鉍中摻釓鈦酸鉍表面負(fù)載鉑顆粒，改善了鈦酸鉍的能帶間隙，提高鈦酸鉍對光的利用率，即提高其催化效率。雖然該催化效率有提高，但是由于其采用貴金屬，其制造成本高，且水熱合成法繁瑣復(fù)雜，使得該工藝在規(guī)?；a(chǎn)應(yīng)用存在限制； 中國發(fā)明專利201610134966.3公開了一種鎢酸鉍納米光催化劑及其制備方法，將鉍源、鎢源和臨界水混合，固液分離，固體部分干燥后得到鎢酸鉍納米光催化劑，該制備方法為高溫固融法和水熱法，高溫固融法所需溫度800-1000℃、反應(yīng)時(shí)間10-72小時(shí)，具體過程中，將鉍源、鎢源和臨界水混合，并通過固液分離的方法制備鎢酸鉍納米光催化劑，該方法雖然操作簡單，將所需溫度降低到500℃，且反應(yīng)時(shí)間較短，但是其所需反應(yīng)高溫仍較高，影響光催化劑的規(guī)?；a(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種鈷氧化物摻雜的堿式碳酸鉍/氯氧化鉍光催化劑及其制備方法，該方法簡單快速，能提高催化劑的催化效率，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:

一種鈷氧化物摻雜的堿式碳酸鉍/氯氧化鉍光催化劑，它由堿式碳酸鉍(Bi₂O₂CO₃)和氯氧化鉍(BiOCl)組成，其重量百分含量為：

Bi₂O₂CO₃ 55%～90%；

BiOCl 10%～45%，

以上各組分的質(zhì)量百分含量之和為100%。

一種鈷氧化物摻雜的堿式碳酸鉍/氯氧化鉍光催化劑的制備方法，其步驟如下：

(1). 將堿式碳酸鉍(Bi₂O₂CO₃)加入至氯化鈷(BiOCl)水溶液中，超聲分散30 min， 所述氯化鈷質(zhì)量為所述堿式碳酸鉍質(zhì)量的5%-30%；

(2). 將步驟(1)所得的超聲分散混合溶液在100℃下加熱攪拌，直至水分完全蒸發(fā)，研磨成粉末，然后，再以5℃/min的速度升溫至350℃煅燒3 h , 煅燒后得到所述的堿式碳酸鉍/氯氧化鉍光催化劑。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法具有以下優(yōu)點(diǎn):

本發(fā)明的方法，操作簡單，重復(fù)性好，在煅燒過程中，由于氯離子的存在，堿式碳酸鉍轉(zhuǎn)化為氯氧化鉍，形成碳酸鉍/氯氧化鉍異質(zhì)結(jié)，由于鈷氧化物和氯氧化鉍的存在，使得堿式碳酸鉍往可見光偏移，拓寬了其對可見光的響應(yīng)范圍，增加其對可見光的吸收，能加快光生電子的轉(zhuǎn)移，有效抑制電子與空穴的復(fù)合，提高堿式碳酸鉍光催化劑的催化性能，可廣泛用于降解有機(jī)污染物、光催化分解水制氫等領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的光催化劑的掃描電鏡(SEM)圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的光催化劑的掃描電鏡(SEM)圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例3的光催化劑的掃描電鏡(SEM)圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例4的光催化劑的掃描電鏡(SEM)圖。

圖5為本發(fā)明對比例1的光催化劑的掃描電鏡(SEM)圖。

圖6為本發(fā)明對比實(shí)施例2的光催化劑的掃描電鏡(SEM)圖。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例1-5和對比例1-2制得的光催化劑X射線衍射(XRD)圖。

圖8為本發(fā)明實(shí)施例1-5和對比實(shí)施例1-2的光催化劑的降解速率曲線圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的的具體實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)施例1

本發(fā)明的一種鈷氧化物摻雜的堿式碳酸鉍/氯氧化鉍光催化劑的制備方法，該方法具體步驟如下：

稱量0.05 g的氯化鈷(BiOCl)溶解于10 mL去離子水中，然后稱量1.0 g堿式碳酸鉍Bi₂O₂CO₃加入上述溶液中，超聲分散30 min；在100℃下加熱攪拌，直至水分完全蒸發(fā)，研磨成粉末，然后再以5℃/min的速度升溫至350℃煅燒3 h，煅燒后即得到鈷氧化物摻雜堿式碳酸鉍/氯氧化鉍光催化劑，如圖1所示，所述的堿式碳酸鉍的規(guī)格型號(hào)為CAS 5892-10-4（阿拉丁生化科技股份有限公司生產(chǎn)）；氯化鈷的規(guī)格型號(hào)為CAS 7791-13-1（阿拉丁生化科技股份有限公司生產(chǎn)）。

實(shí)施例2

本實(shí)施例2與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于，上述步驟(1)中所述的稱量0.1 g的氯化鈷加入10 mL去離子水中，即得到鈷氧化物摻雜堿式碳酸鉍/氯氧化鉍光催化劑，如圖2所示

實(shí)施例3

本實(shí)施例3與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于，上述步驟(1)中所述的稱量0.15 g的氯化鈷加入10 mL去離子水中，即得到鈷氧化物摻雜堿式碳酸鉍/氯氧化鉍光催化劑，如圖3所示。

實(shí)施例4

本實(shí)施例4與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于，上述步驟(1)中所述的稱量0.3 g的氯化鈷加入10 mL去離子水中，即得到堿式碳酸鉍/氯氧化鉍光催化劑，如圖4所示。

對比例1

本對比例1與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于，上述步驟(1)中所述的稱量0.5 g的氯化鈷加入10 mL去離子水中，即得到鈷氧化物摻雜堿式碳酸鉍/氯氧化鉍光催化劑，如圖5所示，此時(shí)堿式碳酸鉍在煅燒過程中全部轉(zhuǎn)化為氯氧化鉍。

對比例2

稱量1.0 g堿式碳酸鉍Bi₂O₂CO₃加入上述溶液中，超聲分散30 min；在100℃下加熱攪拌，直至水分完全蒸發(fā)，研磨成粉末，然后再以5℃/min的速度升溫至350℃煅燒3 h，煅燒后即得到鈷氧化物摻雜堿式碳酸鉍光催化劑，如圖6所示。

為驗(yàn)證本發(fā)明的光催化劑的物相組成，采用D\Max-2200射線衍射儀對實(shí)施例1～5和對比例1～2所制得的光催化劑的各衍射峰的相對強(qiáng)度、衍射角度進(jìn)行XRD圖譜測定，其結(jié)果見圖7所示。

為驗(yàn)證本發(fā)明的光催化劑的組成成分與催化效果，對實(shí)施例1～5和對比例1～2所制得的光催化劑進(jìn)行光催化試驗(yàn)，具體是：稱量50 mg該催化劑加入50 mL 20mg/L的羅丹明B中，超聲處理2 min后，再置于暗處，吸脫附30 min，然后在300 W氙燈（λ＞420 nm）下照射，每隔一定時(shí)間取2 mL的懸浮液，用分光光度計(jì)測量光催化劑的濃度，其分析結(jié)果以時(shí)間/濃度變化作出降解速率曲線圖，如圖8所示。

通過圖1-5中的SEM照片對比，可以看到，本發(fā)明的光催化劑為不規(guī)則的片形，粒徑100-200nm。由圖8可知，在上述對比例中，無論是未煅燒的堿式碳酸鉍還是煅燒后的堿式碳酸鉍均沒有催化效果，而在上述實(shí)施例中有氯化鈷的加入，其光催化效果均有明顯改善，其中，氯化鈷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時(shí)，其光催化效果最佳，反應(yīng)25 min后，降解率達(dá)100%。

以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，上述實(shí)施例僅示例性說明本發(fā)明的原理及其功效，而并非對本發(fā)明任何形式上和實(shí)質(zhì)上的限制，還將可以做出若干改性和補(bǔ)充，這些改性和補(bǔ)充也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。