一种复合薄膜光催化剂BiPO4/BiOCl的电化学制备及应用方法技术

一种复合薄膜光催化剂BiPO4/BiOCl的电化学制备及应用方法，属于环境化工光催化水处理技术领域。其特征在于该BiPO4/BiOCl复合薄膜光催化剂是在室温条件下通过电化学一步法合成,合成条件如下：以金属Bi板为阳极，Ti片为阴极，以KCl和KH2PO4配成的水溶液为电解质溶液，两电极之间的距离为5~10cm，经2~10V电压和磁力搅拌下反应2~7h，在阳极Bi板表面可得具有异质结棒状结构和片状结构相接的BiPO4/BiOCl复合薄膜，经蒸馏水洗涤，自然晾干后即可使用。该复合薄膜催化剂直接在Bi板上原位长成，膜与基材之间附着力强，无脱落问题，且制备工艺简单，所得薄膜活性好，适合应用于光催化降解水中或空气中的有机污染物。

【技术实现步骤摘要】
一种复合薄膜光催化剂BiPO4/BiOCl的电化学制备及应用方法
本专利技术一种复合薄膜光催化剂BiPO4/BiOCl的电化学制备及应用方法，属于光催化及环境化工水处理
，具体涉及一种以金属铋板为阳极，采用一步电化学方法制备BiPO4/BiOCl复合薄膜光催化剂的技术方案。
技术介绍
在Bi基类光催化剂中，卤氧化铋是由[Bi2O2]层和游离的卤素原子组成的具有高度各向异性层状结构的光催化剂，这种结构能够促进光生电子和空穴的分离进而增强光催化活性。但是，BiOX在降解过程中因为光生电子和空穴的再结合会降低其催化活性，所以需要改性BiOX来进一步提高其光催化活性。通过与其它带隙匹配的物质复合，不仅可以形成异质结来阻止光生电子和空穴的结合，而且两种物质的协同作用将大大提高复合物的光催化活性。Zhu等报道了单斜晶状的BiPO4在紫外光下对有机染料具有比TiO2更好的降解活性(CatalysisScience&Technology,2011,1:1399-1405),并且BiPO4在降解有机物时具有很好的矿化能力。所以，通过与BiPO4复合，BiOX的活性将得到增强。目前关于BiOX与BiPO4的报道已有很多。如BiOCl/BiPO4(AppliedSurfaceScience,2015,340:35-42)，BiOBr/BiPO4(MaterialsScienceinSemiconductorProcessing,2015,38:157-164)，BiOI/BiPO4(ChemicalEngineeringJournal,2013,228:482-488；AppliedCatalysisB:Environmental,2015,163:547-553)。但是，这些合成制备的产物均为粉末，由于分散性差，固液分离困难而限制了其实际应用。因此，选用合适的方法，将这些具有高活性的复合物固定化，在解决光催化剂的实际化应用方面将具有价值。而关于这方面的研究目前并没有报道。
技术实现思路
本专利技术一种复合薄膜光催化剂BiPO4/BiOCl的电化学制备及应用方法的目的在于：针对粉末BiPO4/BiOCl催化剂不易与反应体系分离的问题，提出一种将BiPO4/BiOCl固定化的方法，以铋板、氯化钾、磷酸二氢钾为原料，并以铋板为基体，在室温下通过电化学方法一步制备得到固定化的BiPO4/BiOCl薄膜，该制备方法简单易行，所用原料常见易得，整个过程操作简单，反应周期短，易于实现大规模工业化生产。并且，制得的BiPO4/BiOCl复合薄膜在紫外光下对苯酚溶液具有良好的光催化降解能力，并且薄膜可循环使用。本专利技术一种复合薄膜光催化剂BiPO4/BiOCl的电化学制备方法，其特征在于是一种以铋板、氯化钾和磷酸二氢钾为原料，以铋板为基体，将BiPO4/BiOCl固定化，在室温下通过电化学方法一步制备得到固定化的BiPO4/BiOCl复合薄膜光催化剂的方法，其具体制备步骤为：1)将铋板和钛片打磨后用乙醇和蒸馏水清洗，干燥后分别用作阳极和阴极材料；将氯化钾和磷酸二氢钾溶于100～200mL蒸馏水中，得到反应所需的电解质溶液；2)以铋板为阳极，钛片为阴极，将其置于步骤1)所配制的电解质溶液中；在2～10V电压和磁力搅拌下反应2～7h,两电极之间的距离为5～10cm；3)反应完成后，在铋板表面形成了BiPO4/BiOCl薄膜，分别用水和无水乙醇洗涤三次，然后在40～50℃温度下烘干，制得具有BiPO4棒状结构和BiOCl片状结构相接的双层结构的固定化的具有光催化活性的BiPO4/BiOCl复合薄膜，该BiPO4/BiOCl复合薄膜在紫外光下对苯酚溶液具有良好的光催化降解能力，并且可循环使用。上述一种复合薄膜光催化剂BiPO4/BiOCl的电化学制备方法所制备的复合薄膜光催化剂BiPO4/BiOCl的应用方法，其特征在于将所制备的BiPO4/BiOCl薄膜应用于降解水中有机物，特别是水中微量有毒有害难降解的有机物，所用光源为365nm紫外光，反应条件为：常温常压，所制备的BiPO4/BiOCl薄膜放置于有机水溶液中正对光源，从反应器底部鼓入空气。本专利技术一种复合薄膜光催化剂BiPO4/BiOCl的电化学制备及应用方法的优点为：本专利技术通过选用合适的电极，配制合适的电解质溶液，通过一步电化学法合成了具有BiPO4棒状结构和BiOCl片状结构相接的双层结构的固定化的复合薄膜，条件温和，简单易行，无需高温高压和特殊设备。具体可归纳为：1)首次采用一步电化学方法制得复合薄膜光催化剂BiPO4/BiOCl，并且使用常规原料作为反应物，原料价廉易得；2)整个过程不需要高温高压，在室温下就可进行，反应条件温和，制备时间短，简单易行；同时该制备方法对环境友好，不产生有害副产物；3)克服了粉末BiPO4/BiOCl光催化剂不易分离的不足，反应完成后，催化剂与反应体系可实现即时分离；4)因为BiPO4和BiOCl之间形成异质结，提高了膜的光催化活性，且能充分高效的利用太阳能，对环境治理和绿色能源利用具有潜在价值，并且催化剂可重复利用。附图说明图1为本专利技术实施方式1制备的BiPO4/BiOCl复合薄膜的XRD图。图2为本专利技术实施方式1制备的BiPO4/BiOCl复合薄膜的SEM图。具体实施方式为了使本专利技术的技术方案更加清楚明白，下面将列出本专利技术的具体实施方案，但是本专利技术的内容不止局限于所列举的实施方式的范围：实施方式1分别称取0.05moL的氯化钾和0.05moL的磷酸二氢钾，将其溶于100mL蒸馏水中，配制成电解质溶液。将金属铋板和钛片打磨后先后用乙醇和去离子水清洗、干燥；以铋板为阳极，钛片为阴极，将其置于电解质溶液中，在2V电压及磁力搅拌条件下反应7h。反应结束后，在阳极得到BiPO4/BiOCl复合催化剂薄膜，分别用无水乙醇和去离子水洗涤三次后，在烘箱中40℃下烘干，即在阳极得到BiPO4/BiOCl复合催化剂薄膜。所得光催化剂用于氧化处理苯酚溶液。反应条件为：常温常压下，10mg/L的苯酚溶液50mL，以所制薄膜作为光催化剂，反应器底部通过气泵鼓入空气，每间隔20～30min的时间取3mL的降解液，用紫外-可见分光光度法测试苯酚的转化率。180min后的降解结果见表1。实施方式2分别称取0.05moL的氯化钾和0.05moL的磷酸二氢钾，将其溶于100mL蒸馏水中，配制成电解质溶液。将金属铋板和钛片打磨后先后用乙醇和去离子水清洗、干燥；以铋板为阳极，钛片为阴极，将其置于电解质溶液中，在5V电压及磁力搅拌条件下反应5h。反应结束后，在阳极得到BiPO4/BiOCl复合催化剂薄膜，分别用无水乙醇和蒸馏水洗涤三次后，在烘箱中40℃下烘干，即在阳极得到BiPO4/BiOCl复合催化剂薄膜。所得光催化剂用于氧化处理苯酚溶液。反应条件为：常温常压下，10mg/L的苯酚溶液50mL，以所制薄膜作为光催化剂，反应器底部通过气泵鼓入空气，每间隔20～30min的时间取3mL的降解液，用紫外-可见分光光度法测试苯酚的转化率。180min后的降解结果见表1。实施方式3分别称取0.05moL的氯化钾和0.05moL的磷酸二氢钾，将其溶于100mL蒸馏水中，配制成电解质溶液。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合薄膜光催化剂BiPO4/BiOCl的电化学制备方法，其特征在于是一种以铋板、氯化钾和磷酸二氢钾为原料，以铋板为基体，将BiPO4/BiOCl固定化，在室温下通过电化学方法一步制备得到固定化的BiPO4/BiOCl复合薄膜光催化剂的方法，其具体制备步骤为：1)将铋板和钛片打磨后用乙醇和蒸馏水清洗，干燥后分别用作阳极和阴极材料；将氯化钾和磷酸二氢钾溶于100~200 mL蒸馏水中，得到反应所需的电解质溶液；2）以铋板为阳极，钛片为阴极，将其置于步骤1）所配制的电解质溶液中；在2~10V电压和磁力搅拌下反应2~7h, 两电极之间的距离为5~10cm；3) 反应完成后，在铋板表面形成了BiPO4/BiOCl薄膜，分别用水和无水乙醇洗涤三次，然后在40~50℃温度下烘干，制得具有BiPO4棒状结构和BiOCl片状结构相接的双层结构的固定化的具有光催化活性的BiPO4/BiOCl复合薄膜，该BiPO4/BiOCl复合薄膜在紫外光下对苯酚溶液具有良好的光催化降解能力，并且可循环使用。

【技术特征摘要】
1.一种复合薄膜光催化剂BiPO4/BiOCl的电化学制备方法，其特征在于是一种以铋板、氯化钾和磷酸二氢钾为原料，以铋板为基体，将BiPO4/BiOCl固定化，在室温下通过电化学方法一步制备得到固定化的BiPO4/BiOCl复合薄膜光催化剂的方法，其具体制备步骤为：1)将铋板和钛片打磨后用乙醇和蒸馏水清洗，干燥后分别用作阳极和阴极材料；将氯化钾和磷酸二氢钾溶于100~200mL蒸馏水中，得到反应所需的电解质溶液；2）以铋板为阳极，钛片为阴极，将其置于步骤1）所配制的电解质溶液中；在2~10V电压和磁力搅拌下反应2~7h,两电极之间的距离为5~10cm；3)反应完成后，在铋板表面形成了BiPO4/BiOCl薄膜，分别用水和无...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊彩梅，胡颖媛，李双志，张小超，王雅文，王韵芳，丁光月，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14