CN104998671A - 一种负载型Bi2O2CO3光催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种负载型Bi2O2CO3光催化剂及其制备方法，属于无机环保光催化材料技术领域。本发明的技术方案要点是通过将Bi2O2CO3与负载有软磁性Mn0.5Zn0.5Fe2O4的高岭土复合而形成的。本发明还公开了该负载型Bi2O2CO3光催化剂的制备方法。本发明的高岭土较强的吸附吸性能可以维持Bi2O2CO3悬浮体系较高的光催化效率，利用磁性技术来回收光催化剂，简化分离过程，降低操作费用，制备方法简单，易于控制且成本低廉。
Description
技术领域
本发明属于无机环保光催化材料技术领域，具体涉及一种负载型Bi2O2CO3光催化剂及其制备方法。
背景技术
近年来，利用半导体光催化技术降解染料废水及空气中有机污染物的研究十分活跃。光催化技术的核心内容为选择合适的光催化剂，半导体光催化剂不同，其带隙不同，对光源的选择性不同，带隙激发需要的光能也不同，导致不同半导体光催化性能的差异。例如某些窄带隙半导体光催化剂如CdS等在可见光照射下有光催化活性，但是由于其本身的光化学不稳定性，使其在光线照射下会发生光腐蚀，因而不是良好的光催化剂。因此，开发新型具有光化学稳定性及具有较高光催化活性的光催化剂显得尤为迫切。
Bi2O2CO3是一种新型的光催化材料，其禁带宽度为3.4eV，当受到能量不低于其带隙的光照射时，会产生导带电子和价带空穴，具有较强的还原性和氧化性，能直接将有机污染物降解成无毒无害的水和二氧化碳。但是纳米Bi2O2CO3光催化剂在使用过程中一方面容易团聚致使光催化活性降低，另一方面由于其粒径太小导致其分离及回收再生困难。所以，用于废水处理时，必须将Bi2O2CO3负载于一定的载体上才能使用。高岭土是储量丰富的非金属矿物，是以高岭石族矿物为主要成分的土质岩石，具有强的离子吸附性和弱的阳离子交换性、强吸水性、易于分散悬浮于水中等特点，非常适合用来作为Bi2O2CO3光催化剂的载体。以天然矿物高岭土作为Bi2O2CO3光催化剂载体，可以使Bi2O2CO3光催化剂牢固地与矿物结合，进而使光催化性能更稳定持久；另外，在废水处理应用中，还可以利用高岭土的离子交换和吸附性能将废水中的有机物有效地吸附到Bi2O2CO3光催化剂的表面，增加催化剂与污染物的接触几率，达到提高光降解效率和降解速率的目的，同时还可以大大降低催化剂的制备成本。尽管将Bi2O2CO3负载在高岭土上可以提高其光催化活性，然而在工程应用上，悬浮体系光催化剂粉末使用后需要过滤将其分离回收，在分离过程中相当一部分光催化剂流失，同时回收的光催化剂活性也有所降低。近年来，一种高效、快速且经济的磁分离技术已被广泛应用于环境保护等领域。如果将一种磁性组分负载在Bi2O2CO3光催化剂表面，不但可以避免催化剂颗粒间的团聚，提高其光催化活性，还可以增加Bi2O2CO3光催化剂的沉降速率，并利用磁分离技术将其从废水处理体系中快速分离出，解决了光催化技术在实际应用中的关键问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种光催化活性高且易于分离回收并重复使用的负载型Bi2O2CO3光催化剂。
本发明解决的另一个技术问题是提供了一种操作简单、易于控制且成本低廉的负载型Bi2O2CO3光催化剂的制备方法。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种负载型Bi2O2CO3光催化剂，其特征在于是通过将Bi2O2CO3与负载有软磁性Mn0.5Zn0.5Fe2O4的高岭土复合而形成的，其中高岭土与软磁性Mn0.5Zn0.5Fe2O4的质量比为5-15:1，负载有软磁性Mn0.5Zn0.5Fe2O4的高岭土与Bi2O2CO3的质量比为1-3:1。
本发明所述的负载型Bi2O2CO3光催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）将硝酸锰、硝酸锌和硝酸铁按摩尔比1:1:4的比例与去离子水混合均匀得到混合溶液，再向混合溶液中加入高岭土，然后向混合体系中加入乙二胺四乙酸二钠（EDTA），其中EDTA的加入量与硝酸锌的摩尔比为3:1，将所得的混合体系在80℃的水浴中保持12h得到湿凝胶，湿凝胶经110℃干燥得到干凝胶，然后将干凝胶于500℃煅烧2h后得到负载有软磁性Mn0.5Zn0.5Fe2O4的高岭土；（2）在搅拌条件下将五水硝酸铋和尿素按摩尔比1:3的比例与去离子水混合均匀得到混合溶液，向混合溶液中加入氨水调节混合溶液的pH值为4，在搅拌条件下将步骤（1）制得的负载有软磁性Mn0.5Zn0.5Fe2O4的高岭土加入到上述混合溶液中，将所得的混合体系转移至水热反应釜中，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180-200℃微波反应10-30min，经冷却、过滤、洗涤、干燥后得到具有高催化活性的负载型Bi2O2CO3光催化剂。
进一步限定，步骤（1）的混合溶液中硝酸锌的摩尔浓度为0.01mol/L。
进一步限定，步骤（1）中加入高岭土的量为软磁性Mn0.5Zn0.5Fe2O4质量的5-15倍。
进一步限定，步骤（2）的混合溶液中硝酸铋的摩尔浓度为0.05mol/L。
进一步限定，步骤（2）中加入负载有软磁性Mn0.5Zn0.5Fe2O4的高岭土的量为Bi2O2CO3质量的1-3倍。
本发明与现有技术相比具有以下显著优点：1、高岭土较强的吸附吸性能可以维持Bi2O2CO3悬浮体系较高的光催化效率；2、利用磁性技术来回收光催化剂，简化分离过程，降低操作费用；3、本发明方法简单，易于控制且成本低廉。
具体实施方式
以下结合实施例进一步描述本发明，应该指出，本发明并非局限于下述各实施例。
实施例1
（1）将物质的量分别为0.1×10-2mol、0.1×10-2mol和0.4×10-2mol的硝酸锰、硝酸锌和硝酸铁用去离子水配成混合溶液，混合溶液中硝酸锌的摩尔浓度为0.01mol/L，再向混合溶液中加入相当于上述体系软磁性Mn0.5Zn0.5Fe2O4质量5倍的高岭土，然后向混合体系中加入0.3×10-2mol EDTA，将所得的混合体系在80℃的水浴中保持12h得到湿凝胶，湿凝胶经110℃干燥得到干凝胶，然后将干凝胶于500℃煅烧2h后得到负载有软磁性Mn0.5Zn0.5Fe2O4的高岭土；
（2）在搅拌条件下将物质的量分别为0.55×10-2mol和1.65×10-2mol的硝酸铋和尿素用去离子水配成混合溶液，混合溶液中硝酸铋的摩尔浓度为0.05mol/L，向混合溶液中加入氨水调节混合溶液的pH值为4，然后加入1.415g步骤（1）制得的负载有软磁性Mn0.5Zn0.5Fe2O4的高岭土，将所得的混合体系转移至水热反应釜中，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180℃微波反应30min，经冷却、过滤、洗涤、干燥后得到具有高催化活性的负载型Bi2O2CO3光催化剂。
实施例2
（1）将物质的量分别为0.1×10-2mol、0.1×10-2mol和0.4×10-2mol的硝酸锰、硝酸锌和硝酸铁用去离子水配成混合溶液，混合溶液中硝酸锌的摩尔浓度为0.01mol/L，再向混合溶液中加入相当于上述体系软磁性Mn0.5Zn0.5Fe2O4质量10倍的高岭土，然后向混合体系中加入0.3×10-2mol EDTA，将所得的混合体系在80℃的水浴中保持12h得到湿凝胶，湿凝胶经110℃干燥得到干凝胶，然后将干凝胶于500℃煅烧2h后得到负载有软磁性Mn0.5Zn0.5Fe2O4的高岭土；
（2）在搅拌条件下将物质的量分别为0.55×10-2mol和1.65×10-2mol的硝酸铋和尿素用去离子水配成混合溶液，混合溶液中硝酸铋的摩尔浓度为0.05mol/L，向混合溶液中加入氨水调节混合溶液的pH值为4，然后加入2.594g步骤（1）制得的负载有软磁性Mn0.5Zn0.5Fe2O4的高岭土，将所得的混合体系转移至水热反应釜中，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180℃微波反应20min，经冷却、过滤、洗涤、干燥后得到具有高催化活性的负载型Bi2O2CO3光催化剂。
实施例3
（1）将物质的量分别为0.1×10-2mol、0.1×10-2mol和0.4×10-2mol的硝酸锰、硝酸锌和硝酸铁用去离子水配成混合溶液，混合溶液中硝酸锌的摩尔浓度为0.01mol/L，再向混合溶液中加入相当于上述体系软磁性Mn0.5Zn0.5Fe2O4质量15倍的高岭土，然后向混合体系中加入0.3×10-2mol EDTA，将所得的混合体系在80℃的水浴中保持12h得到湿凝胶，湿凝胶经110℃干燥得到干凝胶，然后将干凝胶在500℃煅烧2h后得到负载有软磁性Mn0.5Zn0.5Fe2O4的高岭土；
（2）在搅拌条件下将物质的量分别为0.55×10-2mol和1.65×10-2mol的硝酸铋和尿素用去离子水配成混合溶液，混合溶液中硝酸铋的摩尔浓度为0.05mol/L，向混合溶液中加入氨水调节混合溶液的pH值为4，然后加入3.82g步骤（2）制得的负载有软磁性Mn0.5Zn0.5Fe2O4的高岭土，将所得的混合体系转移至水热反应釜中，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于200℃微波反应10min，经冷却、过滤、洗涤、干燥后得到具有高催化活性的负载型Bi2O2CO3光催化剂。
以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。
Claims (6)
1.一种负载型Bi2O2CO3光催化剂，其特征在于是通过将Bi2O2CO3与负载有软磁性Mn0.5Zn0.5Fe2O4的高岭土复合而形成的，其中高岭土与软磁性Mn0.5Zn0.5Fe2O4的质量比为5-15:1，负载有软磁性Mn0.5Zn0.5Fe2O4的高岭土与Bi2O2CO3的质量比为1-3:1。
2.一种权利要求1所述的负载型Bi2O2CO3光催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）将硝酸锰、硝酸锌和硝酸铁按摩尔比1:1:4的比例与去离子水混合均匀得到混合溶液，再向混合溶液中加入高岭土，然后向混合体系中加入EDTA，其中EDTA的加入量与硝酸锌的摩尔比为3:1，将所得的混合体系在80℃的水浴中保持12h得到湿凝胶，湿凝胶经110℃干燥得到干凝胶，然后将干凝胶于500℃煅烧2h后得到负载有软磁性Mn0.5Zn0.5Fe2O4的高岭土；（2）在搅拌条件下将五水硝酸铋和尿素按摩尔比1:3的比例与去离子水混合均匀得到混合溶液，向混合溶液中加入氨水调节混合溶液的pH值为4，在搅拌条件下将步骤（1）制得的负载有软磁性Mn0.5Zn0.5Fe2O4的高岭土加入到上述混合溶液中，将所得的混合体系转移至水热反应釜中，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180-200℃微波反应10-30min，经冷却、过滤、洗涤、干燥后得到具有高催化活性的负载型Bi2O2CO3光催化剂。
3.根据权利要求2所述的负载型Bi2O2CO3光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）的混合溶液中硝酸锌的摩尔浓度为0.01mol/L。
4.根据权利要求2所述的负载型Bi2O2CO3光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）中加入高岭土的量为软磁性Mn0.5Zn0.5Fe2O4质量的5-15倍。
5.根据权利要求2所述的负载型Bi2O2CO3光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）的混合溶液中硝酸铋的摩尔浓度为0.05mol/L。
6.根据权利要求2所述的负载型Bi2O2CO3光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）中加入负载有软磁性Mn0.5Zn0.5Fe2O4的高岭土的量为Bi2O2CO3质量的1-3倍。
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