一种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，具体涉及一种光催化剂及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]光催化技术是一种利用光能进行物质转化的技术，自1972年日本科学家Fujishima和Honda首次报道T12在紫外光照下可以光解水产生氢气和氧气以后，半导体光催化技术受到了越来越多的关注[1]。对于半导体材料来说，它们可以在光照条件下产生电子-空穴对，一部分电子和空穴在体相内或表面相遇而复合，另一部分电子迀移到半导体表面具有很强的还原能力，可以与吸附的氧结合，生成具有强氧化性的自由基;而迀移到半导体表面的空穴有很强的氧化能力，可以将吸附在半导体表面的0H—和H2O氧化，产生强氧化性的自由基，比如.0H、.Η02、Η202和.02—等[2]，可以直接与反应物发生作用并将其氧化分解，而且不产生二次污染。近年来，光催化技术的应用研究发展十分迅速，因其具有高效、无选择性、稳定性高、绿色无毒、无二次污染、能耗低、操作简便和低成本等突出优点，而且可以充分利用清洁无污染的太阳能，在污水处理、废气处理、空气净化、杀菌消毒、催化制氢、还原CO2等方面已经有广泛应用，并且效果良好。
[0003]近年来，人们对开发新型的可见光催化剂做了大量研究，其中包含了 d0和dlO电子构型的In3+、Ce3+、Bi3+、Ag+等。作为新型可见光响应的光催化剂，B1X(X = Cl，Br，I)铋系化合物是一类重要的半导体，由于[Bi2O2]2+与卤素层之间存在较强的内建电场，有助于电子-空穴对的有效分离，显现出较高的催化活性。
[0004]自2006年，211&1^等[3]用水热方法制备了B1Cl粉首次开发出了卤氧化物在光催化领域的应用后，B1I因其较窄的禁带宽度(约1.9eV)能被可见光激发并在可见光下具有较高的催化活性从而作为一种新型可见光催化材料引起了越来越多的关注[4]。在采用不同方法条件下各种不同形貌的B1I相继合成出来，比如常用的水热法、溶剂热法、微波水热法、声化学法。但这些方法中大多采用高温高压的条件，并且实验步骤也相对复杂[5—6]。所以能在常温常压下合成B1I纳米材料是工业运用中不可避免的问题。比如曹等报道了一种能在常温下合成具有纳米化结构的B1I材料[7]，但是在制备过程中需要加较大量的表面活性剂来控制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.
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【发明内容】
[0012]本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题，提供一种光催化剂及其制备方法和应用。
[0013]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实施:
[0014]一种光催化剂，光催化剂为花球状结构、球形直径为0.5?Ιμπι的B1I。
[0015]一种光催化剂的制备方法，将Bi(NO3)3.5Η20分散于过量的乙二醇中，然后逐滴加入KI溶液，调节混合液pH值至5?9，混匀后，抽滤、洗涤和干燥即得到具有花球状结构的B1I;;其中，KI与Bi(NO3)3.5H20的物质的量之比为1:1?2。
[0016]所述分散采用超声分散10?60min，然后进行磁力搅拌10?60min。
[0017]所述采用浓度为0.1?5mol/L的NH3.H2O或NaOH调节混合液pH值。
[0018]所述调节pH值之后继续搅拌10?36h。
[0019]所述洗涤后在常压条件下干燥，温度为50?100°C，干燥时间为3?24h。
[0020]一种光催化剂的应用，所述光催化剂在降解染料中的应用。
[0021]一种光催化剂的应用，所述光催化剂在水体净化中的应用。
[0022]具有花球状结构的B1I光催化剂用于对水体中有害微生物铜绿假单胞杆菌(P.aeruginosa)和染料污染物罗丹明的可见光催化杀灭和降解，采用氙灯作为光源，其波长范围为420?760nm;所述微生物浓度为16?108cfu/mL，所述罗丹明B的浓度为O?50mg/L，所述B1I光催化剂的用量为0.05?1.5mg/mL。
[0023]具有花球状结构的B1I光催化剂用于对水体中有害微生物铜绿假单胞杆菌(P.aeruginosa)的杀灭和对染料污染物罗丹明B的吸附及可见光催化降解，其吸附及其光催化活性测试方法为:以氙灯作为光源，辅以滤光片;将微生物和染料污染物溶液加入到反应器中，然后加入B1I单体光催化剂，(I)其杀菌性能测试采用在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，通过平板计数法来计算器杀菌率；(2)其对染料污染物的吸附及光降解协同实验测试则采用分别在黑暗和光照条件下时隔一定时间取样，用紫外可见分光光度计测定残余罗丹明B的浓度，计算吸附和光降解率。
[0024]所述的光源为氙灯，其波长范围为420?760nm;所述微生物浓度为16?18Cfu/mL，所述罗丹明B的浓度为O?50mg/L;所述B1I光催化剂的用量为0.05?1.5mg/mL。
[0025]本发明的有益效果在于:
[0026]本发明在常温不添加表面活性剂的情况下，采用原位沉淀的方法制备具有花球状的B1I单体材料。与其他方法制备的B1I纳米材料相比具有操作简单，成本低廉。同时这种特定结构的B1I在具有高效的光催化的同时还表现出良好的吸附性能，其特有的吸附及光催化协同效应在光催化领域的实际应用具有重大意义;具体:
[0027](I)本发明采用的制备方法工艺简单，易于控制、成本低廉。
[0028](2)制备的花球状结构的B1I单体材料对碱性染料具有很好的吸附性能，在10?60min内可达到对染料污染物的饱和吸附，对罗丹明B的饱和吸附量为1?100mg/g。
[0029](3)制备的花球状结构的B1I单体材料具有较大的比表面积和良好的可见光吸收性能。
[0030](4)制备的花球状结构的B1I单体材料的吸附及可见光催化协同效应很显著，在氙灯照射下，适量的B1I光催剂对浓度为16?108cfu/mL的微生物90?150min内杀灭率可达99%以上，对浓度为O?50mg/L的罗丹明B，60?180min内实现完全吸附降解。
[0031](5)制备的花球状B1I单体材料表现出高效的吸附和光降解协同效应提高了可见光催化活性，在水体净化和海洋防污等领域具有很好的实用价值和潜在的应用前景。
【附图说明】
[0032]图1为本发明所制备样品的X-射线衍射(XRD)图谱(其中横坐标为2Θ(角度)，单位为度;