阅读说明：本技术 一种BiOBr/TiO2复合光催化剂及其制备方法 (BiOBr/TiO2 composite photocatalyst and preparation method thereof ) 是由 王军 伍水生 余江鸿 高颖 吴斌 王进龙 张析 周涛 王长征 赵坤 王源瑞 张 于 2019-08-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种BiOBr/TiO2复合光催化剂及其制备方法,所述BiOBr/TiO2复合光催化剂中铋元素、钛元素含量的摩尔比为1:5或1:1或1:2.5或1:7.5或1:10或5:1或10:1。该复合光催化剂的制备方法为称取适量的Bi(NO<Sub>3</Sub>)<Sub>3</Sub>.5H<Sub>2</Sub>O和CTAB分别溶解于无水乙醇中,然后将两种溶液混合均匀；再称取适量的TBOT,溶解于无水乙醇中,加入前面所制备的混合溶液中；将混合溶液磁力搅拌、恒温反应、冷却、用去离子水和无水乙醇交替洗涤数次、产物干燥后即可制得。本发明所述BiOBr/TiO2复合光催化剂合成简单,成本低,能够显著降低光生电子和空穴的复合,提高光催化性能。可广泛应用于光催化处理污水和净化空气等环保领域。(The invention discloses a BiOBr/TiO2 composite photocatalyst and a preparation method thereof, wherein the molar ratio of bismuth element to titanium element in the BiOBr/TiO2 composite photocatalyst is 1:5 or 1:1 or 1:2.5 or 1:7.5 or 1:10 or 5:1 or 10: 1. The preparation method of the composite photocatalyst comprises weighing appropriate amount of Bi (NO) 3 ) 3 .5H 2 Dissolving O and CTAB in absolute ethyl alcohol respectively, and then mixing the two solutions uniformly; weighing a proper amount of TBOT, dissolving the TBOT in absolute ethyl alcohol, and adding the TBOT into the prepared mixed solution; and magnetically stirring the mixed solution, reacting at constant temperature, cooling, alternately washing with deionized water and absolute ethyl alcohol for several times, and drying the product to obtain the catalyst. The BiOBr/TiO2 composite photocatalyst is simple to synthesize and low in cost, and can remarkably reduce the recombination of photo-generated electrons and holes and improve the photocatalytic performance. Can be widely usedThe method is widely applied to the environmental protection fields of photocatalytic sewage treatment, air purification and the like.)

一种BiOBr/TiO2复合光催化剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及光催化剂技术领域，具体的说是一种BiOBr/TiO2复合光催化剂及其制备方法。

背景技术

环境污染包括水污染、光污染、空气污染及重金属污染等。涵盖了民用、工业、商业及军事等领域，改善并治理环境污染变得越来越重要。光催化材料在处理污染物方面具有潜在的应用，利用太阳能进行的光催化反应在环境治理和能源开发方面受到了普遍关注。

TiO₂因其具有稳定性好、成本低、无毒、无二次污染、易掺杂改性等优点，而被认为是一种理想的光催化材料，从而得到了广泛地研究。但是TiO₂具有两个缺陷：(1)禁带范围较宽为3.2eV，对光的利用率低；(2)光生电子和空穴的复合率较高，光量子效率差。这两个缺陷限制了TiO₂的实际应用，因此需对TiO₂进行改性研究以提高其光催化性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种BiOBr/TiO2复合光催化剂及其制备方法，利用BiOBr与TiO₂光催化剂复合，制备在可见光下具有高活性和普适性的光催化剂。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案中的内容为：

一种BiOBr/TiO2复合光催化剂，所述BiOBr/TiO2复合光催化剂中铋元素、钛元素含量的摩尔比为1:5或1:1或1:2.5或1:7.5或1:10或5:1或10:1。

优选的，所述BiOBr/TiO2复合光催化剂中铋元素、钛元素含量的摩尔比为1:1。

一种BiOBr/TiO2复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、称取0.6-6.0gBi(NO₃)₃.5H₂O和1.2gCTAB分别溶解于20ml无水乙醇中，然后将两种溶液混合均匀；

步骤二、称取0.42-4.2gTBOT，溶解于30ml无水乙醇中，加入步骤一所制备的混合溶液中；

步骤三、将步骤二制备的混合溶液磁力搅拌0.5h，之后转入高温反应釜中，恒温150℃下反应10h；自然冷却至室温，抽滤，并用去离子水和无水乙醇交替洗涤数次，收集产物，将产物在烘箱中80℃下干燥5h，得到干燥的花状BiOBr/TiO2复合光催化剂。

其中：步骤一中的所述的CTAB为十六烷基三甲基溴化铵的简称，其化学分子式为：C₁₉H₄₂BrN；步骤二中所述的TBOT为钛酸丁酯的简称，其化学分子式为C₁₆H₃₆O₄Ti。

BiOBr作为一种新型的窄带隙半导体材料(禁带宽度2.5-2.9eV)拥有独特的电子结构、良好的光学性能和催化性能等优点。利用其对多种染料均具有较好的活性和稳定性等优点，通过与TiO₂光催化剂复合，即可制备出在可见光下具有高活性和普适性的光催化剂。

CTAB呈白色或浅黄色结晶体至粉末状，有刺激气味，易溶于异丙醇，可溶于水，震荡时产生大量泡沫，能与阴离子、非离子、两性表面活性剂有良好的配位性。具有优良的渗透、柔化、乳化、抗静电、生物降解性及杀菌等性能。

TBOT为无色至浅黄色液体，易燃、低毒、低于-55℃时为玻璃状固体，除酮类外，溶于多数有机溶液，相对密度0.966，沸点310～314℃，闪点76.7℃，折射率1.486。本品在在空气中迅速吸潮而分解，对水有非常高的化学活性，水解生成Ti(OH)₄,故必须存放在无水的环境中。可溶于多数有机溶剂。由于具有吸潮性质，用过的吸管等都要及时清洗。

本发明所制备的BiOBr/TiO2复合光催化剂合成简单，成本低，具有比表面积高、具有优良的介孔结构，能够显著降低光生电子和空穴的复合，提高光催化性能。可广泛应用于光催化处理污水和净化空气等环保领域。

如图1所示，在可见光照射下20min，本发明制备的BiOBr/TiO₂复合光催化剂对罗丹明B的降解率高达98.98％。而单一的BiOBr和TiO₂在相同条件下对罗丹明B的降解率分别为85.93％、47.43％。

附图说明

图1是本发明所述的BiOBr/TiO2复合光催化剂的电镜扫描图；

图2是本发明所述的BiOBr/TiO2复合光催化剂与单一的BiOBr、TiO₂的XRD(X射线粉末衍射)图；

图3是本发明所制备的BiOBr/TiO2复合光催化剂与单一的BiOBr、TiO₂在相同条件下对罗丹明B的降解率对比图；

图4是罗丹明B的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

实施例1

一种BiOBr/TiO2复合光催化剂，其中铋元素、钛元素含量的摩尔比为1:1。

上述的一种BiOBr/TiO2复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、称取0.6gBi(NO₃)₃.5H₂O和1.2gCTAB分别溶解于20ml无水乙醇中，然后将两种溶液混合均匀；

步骤二、称取0.42gTBOT，溶解于30ml无水乙醇中，加入步骤一所制备的混合溶液中；

步骤三、将步骤二制备的混合溶液磁力搅拌0.5h，之后转入高温反应釜中，恒温150℃下反应10h；自然冷却至室温，抽滤，并用去离子水和无水乙醇交替洗涤数次，收集产物，将产物在烘箱中80℃下干燥5h，得到干燥的BiOBr/TiO2复合光催化剂。

经检验，所制备的BiOBr/TiO2复合光催化剂中铋元素、钛元素含量的摩尔比为1:1。

其中：步骤一中的所述的CTAB为十六烷基三甲基溴化铵的简称，其化学分子式为：C₁₉H₄₂BrN；步骤二中所述的TBOT为钛酸丁酯的简称，其化学分子式为C₁₆H₃₆O₄Ti。

以降解罗丹明B为模型反应考察所制备BiOBr/TiO2复合光催化剂的光催化活性：称取0.05g本实施例所制备BiOBr/TiO2复合光催化剂样品分散于50mL浓度为3×10^-5mol/L的罗丹明B水溶液中；光照前，样品先在避光条件下磁力搅拌30min以达到吸附-脱附平衡，取初始样；光照开始后，每隔5min取反应液样品3mL,并用滤膜去除BiOBr/TiO2复合光催化剂，滤液通过紫外可见分光光度计在RhB的特征吸收波长(553nm)处测定吸光度，通过罗丹明标准曲线可以确定罗丹明B的浓度。光照20min，降解率为98.98％。

实施例2

一种BiOBr/TiO2复合光催化剂，其中铋元素、钛元素含量的摩尔比为1:5。

上述的一种BiOBr/TiO2复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、称取0.6gBi(NO₃)₃.5H₂O和1.2gCTAB分别溶解于20ml无水乙醇中，然后将两种溶液混合均匀；

步骤二、称取2.1gTBOT，溶解于30ml无水乙醇中，加入步骤一所制备的混合溶液中；

步骤三、将步骤二制备的混合溶液磁力搅拌0.5h，之后转入高温反应釜中，恒温150℃下反应10h；自然冷却至室温，抽滤，并用去离子水和无水乙醇交替洗涤数次，收集产物，将产物在烘箱中80℃下干燥5h，得到干燥的BiOBr/TiO2复合光催化剂。

经检验，所制备的BiOBr/TiO2复合光催化剂中铋元素、钛元素含量的摩尔比为1:5。

其中：步骤一中的所述的CTAB为十六烷基三甲基溴化铵的简称，其化学分子式为：C₁₉H₄₂BrN；步骤二中所述的TBOT为钛酸丁酯的简称，其化学分子式为C₁₆H₃₆O₄Ti。

以降解罗丹明B为模型反应考察所制备BiOBr/TiO2复合光催化剂的光催化活性：称取0.05g本实施例所制备BiOBr/TiO2复合光催化剂样品分散于50mL浓度为3×10^-5mol/L的罗丹明B水溶液中；光照前，样品先在避光条件下磁力搅拌30min以达到吸附-脱附平衡，取初始样；光照开始后，每隔5min取反应液样品3mL,并用滤膜去除BiOBr/TiO2复合光催化剂，滤液通过紫外可见分光光度计在RhB的特征吸收波长(553nm)处测定吸光度，通过罗丹明标准曲线可以确定罗丹明B的浓度。光照20min，降解率为97.72％。

实施例3

一种BiOBr/TiO2复合光催化剂，其中铋元素、钛元素含量的摩尔比为1:10。

上述的一种BiOBr/TiO2复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、称取0.6gBi(NO₃)₃.5H₂O和1.2gCTAB分别溶解于20ml无水乙醇中，然后将两种溶液混合均匀；

步骤二、称取4.2gTBOT，溶解于30ml无水乙醇中，加入步骤一所制备的混合溶液中；

步骤三、将步骤二制备的混合溶液磁力搅拌0.5h，之后转入高温反应釜中，恒温150℃下反应10h；自然冷却至室温，抽滤，并用去离子水和无水乙醇交替洗涤数次，收集产物，将产物在烘箱中80℃下干燥5h，得到干燥的BiOBr/TiO2复合光催化剂。

经检验，所制备的BiOBr/TiO2复合光催化剂中铋元素、钛元素含量的摩尔比为1:10。

其中：步骤一中的所述的CTAB为十六烷基三甲基溴化铵的简称，其化学分子式为：C₁₉H₄₂BrN；步骤二中所述的TBOT为钛酸丁酯的简称，其化学分子式为C₁₆H₃₆O₄Ti。

以降解罗丹明B为模型反应考察所制备BiOBr/TiO2复合光催化剂的光催化活性：称取0.05g本实施例所制备BiOBr/TiO2复合光催化剂样品分散于50mL浓度为3×10^-5mol/L的罗丹明B水溶液中；光照前，样品先在避光条件下磁力搅拌30min以达到吸附-脱附平衡，取初始样；光照开始后，每隔5min取反应液样品3mL,并用滤膜去除BiOBr/TiO2复合光催化剂，滤液通过紫外可见分光光度计在RhB的特征吸收波长(553nm)处测定吸光度，通过罗丹明标准曲线可以确定罗丹明B的浓度。光照20min，降解率为98.53％。

实施例4

一种BiOBr/TiO2复合光催化剂，其中铋元素、钛元素含量的摩尔比为5:1。

上述的一种BiOBr/TiO2复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、称取3.0gBi(NO₃)₃.5H₂O和1.2gCTAB分别溶解于20ml无水乙醇中，然后将两种溶液混合均匀；

步骤二、称取0.42gTBOT，溶解于30ml无水乙醇中，加入步骤一所制备的混合溶液中；

步骤三、将步骤二制备的混合溶液磁力搅拌0.5h，之后转入高温反应釜中，恒温150℃下反应10h；自然冷却至室温，抽滤，并用去离子水和无水乙醇交替洗涤数次，收集产物，将产物在烘箱中80℃下干燥5h，得到干燥的BiOBr/TiO2复合光催化剂。

经检验，所制备的BiOBr/TiO2复合光催化剂中铋元素、钛元素含量的摩尔比为5:1。

其中：步骤一中的所述的CTAB为十六烷基三甲基溴化铵的简称，其化学分子式为：C₁₉H₄₂BrN；步骤二中所述的TBOT为钛酸丁酯的简称，其化学分子式为C₁₆H₃₆O₄Ti。

以降解罗丹明B为模型反应考察所制备BiOBr/TiO2复合光催化剂的光催化活性：称取0.05g本实施例所制备BiOBr/TiO2复合光催化剂样品分散于50mL浓度为3×10^-5mol/L的罗丹明B水溶液中；光照前，样品先在避光条件下磁力搅拌30min以达到吸附-脱附平衡，取初始样；光照开始后，每隔5min取反应液样品3mL,并用滤膜去除BiOBr/TiO2复合光催化剂，滤液通过紫外可见分光光度计在RhB的特征吸收波长(553nm)处测定吸光度，通过罗丹明标准曲线可以确定罗丹明B的浓度。光照20min，降解率为66.30％。

实施例5

一种BiOBr/TiO2复合光催化剂，其中铋元素、钛元素含量的摩尔比为1:1。

上述的一种BiOBr/TiO2复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、称取6.0gBi(NO₃)₃.5H₂O和1.2gCTAB分别溶解于20ml无水乙醇中，然后将两种溶液混合均匀；

步骤二、称取0.42gTBOT，溶解于30ml无水乙醇中，加入步骤一所制备的混合溶液中；

步骤三、将步骤二制备的混合溶液磁力搅拌0.5h，之后转入高温反应釜中，恒温150℃下反应10h；自然冷却至室温，抽滤，并用去离子水和无水乙醇交替洗涤数次，收集产物，将产物在烘箱中80℃下干燥5h，得到干燥的BiOBr/TiO2复合光催化剂。

经检验，所制备的BiOBr/TiO2复合光催化剂中铋元素、钛元素含量的摩尔比为10:1。

其中：步骤一中的所述的CTAB为十六烷基三甲基溴化铵的简称，其化学分子式为：C₁₉H₄₂BrN；步骤二中所述的TBOT为钛酸丁酯的简称，其化学分子式为C₁₆H₃₆O₄Ti。

以降解罗丹明B为模型反应考察所制备BiOBr/TiO2复合光催化剂的光催化活性：称取0.05g本实施例所制备BiOBr/TiO2复合光催化剂样品分散于50mL浓度为3×10^-5mol/L的罗丹明B水溶液中；光照前，样品先在避光条件下磁力搅拌30min以达到吸附-脱附平衡，取初始样；光照开始后，每隔5min取反应液样品3mL,并用滤膜去除BiOBr/TiO2复合光催化剂，滤液通过紫外可见分光光度计在RhB的特征吸收波长(553nm)处测定吸光度，通过罗丹明标准曲线可以确定罗丹明B的浓度。光照20min，降解率为59.86％。

本发明所制备的BiOBr/TiO2复合光催化剂合成简单，成本低，具有比表面积高、具有优良的介孔结构，能够显著降低光生电子和空穴的复合，提高光催化性能。可广泛应用于光催化处理污水和净化空气等环保领域。