一種光催化劑及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于光催化領域，具體涉及一種光催化劑及其制備方法和應用。
【背景技術】
[0002]光催化技術是一種利用光能進行物質轉化的技術，自1972年日本科學家Fujishima和Honda首次報道T12在紫外光照下可以光解水產生氫氣和氧氣以后，半導體光催化技術受到了越來越多的關注[1]。對于半導體材料來說，它們可以在光照條件下產生電子-空穴對，一部分電子和空穴在體相內或表面相遇而復合，另一部分電子迀移到半導體表面具有很強的還原能力，可以與吸附的氧結合，生成具有強氧化性的自由基;而迀移到半導體表面的空穴有很強的氧化能力，可以將吸附在半導體表面的0H—和H2O氧化，產生強氧化性的自由基，比如.0H、.Η02、Η202和.02—等[2]，可以直接與反應物發(fā)生作用并將其氧化分解，而且不產生二次污染。近年來，光催化技術的應用研究發(fā)展十分迅速，因其具有高效、無選擇性、穩(wěn)定性高、綠色無毒、無二次污染、能耗低、操作簡便和低成本等突出優(yōu)點，而且可以充分利用清潔無污染的太陽能，在污水處理、廢氣處理、空氣凈化、殺菌消毒、催化制氫、還原CO2等方面已經有廣泛應用，并且效果良好。
[0003]近年來，人們對開發(fā)新型的可見光催化劑做了大量研究，其中包含了 d0和dlO電子構型的In3+、Ce3+、Bi3+、Ag+等。作為新型可見光響應的光催化劑，B1X(X = Cl，Br，I)鉍系化合物是一類重要的半導體，由于[Bi2O2]2+與鹵素層之間存在較強的內建電場，有助于電子-空穴對的有效分離，顯現出較高的催化活性。
[0004]自2006年，211&1^等[3]用水熱方法制備了B1Cl粉首次開發(fā)出了鹵氧化物在光催化領域的應用后，B1I因其較窄的禁帶寬度(約1.9eV)能被可見光激發(fā)并在可見光下具有較高的催化活性從而作為一種新型可見光催化材料引起了越來越多的關注[4]。在采用不同方法條件下各種不同形貌的B1I相繼合成出來，比如常用的水熱法、溶劑熱法、微波水熱法、聲化學法。但這些方法中大多采用高溫高壓的條件，并且實驗步驟也相對復雜[5—6]。所以能在常溫常壓下合成B1I納米材料是工業(yè)運用中不可避免的問題。比如曹等報道了一種能在常溫下合成具有納米化結構的B1I材料[7]，但是在制備過程中需要加較大量的表面活性劑來控制B1I的形貌。
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[0009][5]J.Li,Y.Yu,L.Z.Zhang,Nanoscale 6(2014)8473-8488.
[0010][6]Y.F.Liu,ff.Q.Yao,D.Liu,R.L.Zong,M.Zhang,X.G.Xia,Y.F.Zhu,Appl.Catal.B-Environ.163(2015)547-553.
[0011][7]Feng Cao,Jianmin Wang,Song Li,Jiajia Cai,Wanhong Tu,Xin Lv1GaowuQin.Rapid room—temperature synthesis and visible-light photocatalytic Proper-ties of B1I nanoflower[J].Journal of Alloys and Compounds,2015,639:445-451.

【發(fā)明內容】

[0012]本發(fā)明的目的在于針對現有技術中存在的問題，提供一種光催化劑及其制備方法和應用。
[0013]為實現上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案實施:
[0014]一種光催化劑，光催化劑為花球狀結構、球形直徑為0.5?Ιμπι的B1I。
[0015]一種光催化劑的制備方法，將Bi(NO3)3.5Η20分散于過量的乙二醇中，然后逐滴加入KI溶液，調節(jié)混合液pH值至5?9，混勻后，抽濾、洗滌和干燥即得到具有花球狀結構的B1I;;其中，KI與Bi(NO3)3.5H20的物質的量之比為1:1?2。
[0016]所述分散采用超聲分散10?60min，然后進行磁力攪拌10?60min。
[0017]所述采用濃度為0.1?5mol/L的NH3.H2O或NaOH調節(jié)混合液pH值。
[0018]所述調節(jié)pH值之后繼續(xù)攪拌10?36h。
[0019]所述洗滌后在常壓條件下干燥，溫度為50?100°C，干燥時間為3?24h。
[0020]一種光催化劑的應用，所述光催化劑在降解染料中的應用。
[0021]一種光催化劑的應用，所述光催化劑在水體凈化中的應用。
[0022]具有花球狀結構的B1I光催化劑用于對水體中有害微生物銅綠假單胞桿菌(P.aeruginosa)和染料污染物羅丹明的可見光催化殺滅和降解，采用氙燈作為光源，其波長范圍為420?760nm;所述微生物濃度為16?108cfu/mL，所述羅丹明B的濃度為O?50mg/L，所述B1I光催化劑的用量為0.05?1.5mg/mL。
[0023]具有花球狀結構的B1I光催化劑用于對水體中有害微生物銅綠假單胞桿菌(P.aeruginosa)的殺滅和對染料污染物羅丹明B的吸附及可見光催化降解，其吸附及其光催化活性測試方法為:以氙燈作為光源，輔以濾光片;將微生物和染料污染物溶液加入到反應器中，然后加入B1I單體光催化劑，(I)其殺菌性能測試采用在暗態(tài)吸附達到平衡后開始光照，光照過程中間隔一定時間取樣，通過平板計數法來計算器殺菌率；(2)其對染料污染物的吸附及光降解協同實驗測試則采用分別在黑暗和光照條件下時隔一定時間取樣，用紫外可見分光光度計測定殘余羅丹明B的濃度，計算吸附和光降解率。
[0024]所述的光源為氙燈，其波長范圍為420?760nm;所述微生物濃度為16?18Cfu/mL，所述羅丹明B的濃度為O?50mg/L;所述B1I光催化劑的用量為0.05?1.5mg/mL。
[0025]本發(fā)明的有益效果在于:
[0026]本發(fā)明在常溫不添加表面活性劑的情況下，采用原位沉淀的方法制備具有花球狀的B1I單體材料。與其他方法制備的B1I納米材料相比具有操作簡單，成本低廉。同時這種特定結構的B1I在具有高效的光催化的同時還表現出良好的吸附性能，其特有的吸附及光催化協同效應在光催化領域的實際應用具有重大意義;具體:
[0027](I)本發(fā)明采用的制備方法工藝簡單，易于控制、成本低廉。
[0028](2)制備的花球狀結構的B1I單體材料對堿性染料具有很好的吸附性能，在10?60min內可達到對染料污染物的飽和吸附，對羅丹明B的飽和吸附量為1?100mg/g。
[0029](3)制備的花球狀結構的B1I單體材料具有較大的比表面積和良好的可見光吸收性能。
[0030](4)制備的花球狀結構的B1I單體材料的吸附及可見光催化協同效應很顯著，在氙燈照射下，適量的B1I光催劑對濃度為16?108cfu/mL的微生物90?150min內殺滅率可達99%以上，對濃度為O?50mg/L的羅丹明B，60?180min內實現完全吸附降解。
[0031](5)制備的花球狀B1I單體材料表現出高效的吸附和光降解協同效應提高了可見光催化活性，在水體凈化和海洋防污等領域具有很好的實用價值和潛在的應用前景。
【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明所制備樣品的X-射線衍射(XRD)圖譜(其中橫坐標為2Θ(角度)，單位為度;