阅读说明：本技术 一种对亚甲基蓝光降解的新型光催化剂材料及其制备方法 (Novel photocatalyst material for degrading methylene blue light and preparation method thereof ) 是由 燕红 郭改娟 于 2019-09-11 设计创作，主要内容包括：一种对亚甲基蓝光降解的新型光催化剂材料及其制备方法,涉及新型光催化剂材料的制备及其对亚甲基蓝的光降解。本发明公开了一种新型光催化剂材料制备方法,在搅拌条件下将去离子水与乙二醇按一定体积比混合形成均匀混合溶剂,然后将一定量的硝酸铋、硝酸锌和尿素先后溶于此混合溶剂中,之后将该体系转移到反应釜中,放于烘箱中,于一定温度下反应一段时间,自然冷却到室温,将所得沉淀分别用去离子水与无水乙醇洗涤离心分离,置于烘箱内干燥,即可得到新型Zn掺杂Bi<Sub>2</Sub>O<Sub>2</Sub>CO<Sub>3</Sub>光催化剂材料。该制备过程简单有效、成本低、产率高,且能有效解决Bi<Sub>2</Sub>O<Sub>2</Sub>CO<Sub>3</Sub>对亚甲基蓝光降解效率低的问题。本发明应用于光降解染料领域,实验表明新型光催化剂的光降解效率可达86.25%。(A novel photocatalyst material for degrading methylene blue light and a preparation method thereof relate to the preparation of the novel photocatalyst material and the photodegradation of methylene blue light. The invention discloses a preparation method of a novel photocatalyst material, which comprises the steps of mixing deionized water and ethylene glycol according to a certain volume ratio under the condition of stirring to form a uniform mixed solvent, then dissolving a certain amount of bismuth nitrate, zinc nitrate and urea in the mixed solvent in sequence, transferring the system to a reaction kettle, placing the system in an oven, reacting for a period of time at a certain temperature, naturally cooling to room temperature, washing and centrifugally separating obtained precipitates with the deionized water and absolute ethyl alcohol respectively, and placing the precipitates in the oven for drying to obtain a novel Zn-doped Bi 2 O 2 CO 3 A photocatalyst material. The preparation process is simple and effective, has low cost and high yield, and can effectively solve Bi 2 O 2 CO 3 The degradation efficiency to methylene blue light is low. The invention is applied to the field of photodegradation dyes, and experiments show that the light of the novel photocatalyst is degradedThe solution efficiency can reach 86.25%.)

一种对亚甲基蓝光降解的新型光催化剂材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种对亚甲基蓝光降解的新型光催化剂材料及其制备方法。

背景技术

在人类社会的长期发展中，环境污染不仅威胁公众健康，而且也是我国水质安全面临的主要问题。在人们的生产活动中，如制革、纺纱、印染、加工塑料等行业中，会产生大量的带有有机染料(如亚甲基蓝)的工业废水，导致水污染，从而使水中的动植物基因发生突变；于人类而言，即使在很低的浓度下也会使我们的身体健康安全受到很大的威胁，例如人体发生畸变、基因突变、患癌等。因此，为了治理环境污染问题人们发现了许多关于水中污染物的去除技术，例如化学沉淀法、离子交换法、生物处理法、吸附法以及光催化降解等。其中对于光催化降解来说，高效的光催化剂对水中有机污染物的去除是有效的，并且由于其成本低、效率高而受到人们的广泛关注。故开发高效、可见光驱动的光催化降解催化剂是光催化降解领域的一个独特驱动力。

自从人们发现采用TiO₂单晶电极光催化分解水生成氢气和氧气以来，TiO₂就成为研究最为广泛的光催化剂，因此以TiO₂为基础的光催化剂的研究报道各种各样。但是发展具有高效且非TiO₂的可见光光催化性能的催化剂也是解决环境污染问题的另一种方法。所以铋基纳米材料以其窄带隙小、无毒、低成本、高活性等优点在光化学领域受到了广泛关注。具有层状结构的Sillen状Bi类复合氧化物碳酸氧铋(Bi₂O₂CO₃)因其具有独特的电子结构，较强的可见光吸收能力以及对有机物具有较高的降解能力而受到研究者们的广泛关注。然而， Bi₂O₂CO₃相对较宽的带隙(～3.1-3.5eV)导致可见光利用率较低。因此有很多方法能够改善 Bi₂O₂CO₃光催化剂的可见光响应，例如异质结耦合、掺杂以及表面改性等。其中，在元素掺杂方法中，N掺杂的Bi₂O₂CO₃、I掺杂的Bi₂O₂CO₃、Fe掺杂的Bi₂O₂CO₃以及通过表面负载和La³⁺的体掺杂的Bi₂O₂CO₃均具有良好的可见光光催化活性。但是，人们对于金属掺杂Bi₂O₂CO₃光催化剂这一领域的认识还不够广泛，因此设计和研究金属掺杂Bi₂O₂CO₃的光催化剂具有重要的意义。故本发明设计研究了一种对亚甲基蓝具有高效光催化活性的新型Zn掺杂Bi₂O₂CO₃的光催化剂材料，该光催化剂对亚甲基蓝的光降解达到了86.25％，与单独的Bi₂O₂CO₃相比则提高了3倍。

发明内容

本发明的目的在于为了能有效提高Bi₂O₂CO₃对亚甲基蓝的光降解效率低的问题，而提供一种Zn掺杂Bi₂O₂CO₃的新型光催化剂材料及其制备方法。该方法制备过程简单有效，试剂消耗少且产率高。

本发明提供的新型Zn掺杂Bi₂O₂CO₃光催化剂材料的制备方法是按以下步骤进行的：

(1)在搅拌的条件下将去离子水与乙二醇按一定体积比混合形成均匀的混合溶剂；

步骤(1)中所述去离子水与乙二醇的体积比为1:4。

(2)在搅拌的条件下将一定量的硝酸锌、硝酸铋和尿素先后溶于步骤(1)所得的混合溶剂中形成澄清溶液；

步骤(2)中所述硝酸锌与硝酸铋的摩尔比为0:1、0.5:1；

步骤(2)中所述尿素的加入量为0.6g。

(3)将步骤(2)所得的反应体系转移到反应釜中，放置于烘箱中，在一定温度下反应一段时间，然后自然冷却到室温，分别用去离子水与无水乙醇洗涤三次并离心分离后干燥得到产品；

步骤(3)中的混合热反应条件为：120℃下反应12h；

步骤(3)中的干燥条件为：80℃下干燥2h。

本发明的有益效果：

本发明采用混合溶剂热法，以硝酸锌、硝酸铋和尿素为原料，成功合成一种Zn掺杂Bi₂O₂CO₃光催化剂材料，该方法制备过程简单有效，试剂消耗少且产率高。

附图说明

图1为所制备材料的傅里叶红外光谱图。

图2为所制备材料的X-射线粉末衍射图。

图3为所制备材料对亚甲基蓝的光降解图。

具体实施方式

下面用实施例对本发明进行进一步说明，这些实施例仅对本发明的方法进行说明，对本发明的适用范围无任何限制。

具体实施方式一：本实施方式的一种Zn掺杂Bi₂O₂CO₃光催化剂材料的制备是按以下步骤完成的：

(1)在搅拌的条件下将去离子水与乙二醇按一定体积比混合形成均匀的混合溶剂；

步骤(1)中所述去离子水与乙二醇的体积比为1:4；

(2)在搅拌的条件下将一定量的硝酸锌、硝酸铋和尿素先后溶于步骤(1)所得的混合溶剂中形成澄清溶液；

步骤(2)中所述硝酸锌与硝酸铋的摩尔比为0:1、0.5:1；

步骤(2)中所述尿素的加入量为0.6g；

(3)将步骤(2)所得的反应体系转移到反应釜中，放置于烘箱中，在一定温度下反应一段时间，然后自然冷却到室温，分别用去离子水与无水乙醇洗涤三次并离心分离后干燥得到产品；

步骤(3)中的混合热反应条件为：120℃下反应12h；

步骤(3)中的干燥条件为：80℃下干燥2h。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤(2)所述的硝酸锌与硝酸铋的摩尔比为0:1，其他步骤及参数与具体实施方式一相同；

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤(2)所述的硝酸锌与硝酸铋的摩尔比为0.5:1，其他步骤及参数与具体实施方式一或二相同；

下面对本发明的实施例做详细说明，以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方案和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：本实施方式的一种Zn掺杂Bi₂O₂CO₃光催化剂材料的制备是按以下步骤完成的：

(1)在搅拌的条件下将5ml去离子水与20ml乙二醇混合形成均匀的混合溶剂；

(2)在搅拌的条件下将0.5mmol的硝酸锌、1mmol的硝酸铋和0.6g尿素先后溶于步骤(1)所得的混合溶剂中形成澄清溶液；

(3)将步骤(2)所得的反应体系转移到反应釜中，放置于烘箱中，在120℃下反应12 h，然后自然冷却到室温，分别用去离子水与无水乙醇洗涤三次，离心分离后在80℃下干燥2h得到产品。

其产物的傅立叶红外光谱图如图1所示，a为Bi₂O₂CO₃的红外谱图，其中847cm^-1、550cm^-1均为Bi—O键的特征吸收峰；b为新型Zn掺杂Bi₂O₂CO₃的红外谱图，其中459cm^-1为Zn—O键的特征吸收峰；二者说明了Zn是通过取代Bi₂O₂CO₃中的一部分Bi来进行掺杂的。

其产物的X-射线粉末衍射图如图2所示，其中a为Bi₂O₂CO₃的X-射线粉末衍射图，与标准XRD卡片对比，出峰位置全部对应，说明成功合成Bi₂O₂CO₃，b为新型Zn掺杂Bi₂O₂CO₃的X-射线粉末衍射图，与标准XRD卡片对比，主要峰型没有发生变化，说明锌的掺杂并没有改变Bi₂O₂CO₃的结构。

新型Zn掺杂Bi₂O₂CO₃光催化剂材料在可见光条件下对亚甲基蓝具有很好的光降解性能。以pH＝9，50ml浓度为30mg/L的亚甲基蓝溶液作为反应液，50mg Zn掺杂的 Bi₂O₂CO₃作光催化剂，暗反应30min，达到吸附-脱附平衡后，将反应器置于光源下进行可见光光照，每隔30min取一次样离心后在λ＝665nm处测试上清液的吸光的C，计算亚甲基蓝的相对浓度C/C₀，分析光催化活性。如图3所示，单独的Bi₂O₂CO₃光降解效率较低，只达到了27.60％，而新型Zn掺杂Bi₂O₂CO₃光催化剂材料则展现出了一个更高的光降解效率，其光降解效率达到了86.25％，有效的提高了Bi₂O₂CO₃对亚甲基蓝的光降解性能。