富铋固溶体光催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及光催化剂领域，公开了一种富铋固溶体光催化剂及其制备方法和应用，其中，所述富铋固溶体光催化剂的表达式为Bi4O5X0.5Y1.5，其中，X和Y各自独立地为Cl、Br或I，且X和Y不同，以及所述富铋固溶体光催化剂为粉末状，粒径为10‑17nm，比表面积为260‑280m

Photocatalyst rich in bismuth solid solution and its preparation and Application

The present invention relates to the field of photocatalyst, discloses a bismuth rich solid solution photocatalyst and preparation method and application thereof, wherein, the expression of the bismuth rich solid solution photocatalyst is Bi4O5X0.5Y1.5, wherein, X and Y independently of Cl, Br or I, and X and Y, and the bismuth rich solid solution photocatalyst powder, particle size of 10 17nm, specific surface area of 260 280m

【技术实现步骤摘要】
富铋固溶体光催化剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及光催化剂，具体涉及富铋固溶体光催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
针对页岩气开采过程中产生的压裂返排液处理方法的研究国内外已取得一定成果，返排液中的大部分无机废物可使用常规方法进行处理，但对于返排液中难降解的聚合物，例如：胍胶等高分子聚合物，则需要消耗大量的能源或种类繁多的化学药剂一一降解，具有处理成本高、设备投资大、处理周期长、易二次污染等缺点。光催化技术是20世纪后期发展起来的一种处理难降解有机污染物的新工艺，其特征是通过在半导体催化剂作用下产生活性极强的活性氧物种，活性氧物种几乎能无选择性地将废水中难降解的有机污染物氧化降解成无毒或低毒的小分子物质，甚至直接矿化为二氧化碳和水及其它小分子羧酸，达到无害化目的。该技术具有无选择性、氧化能力强、反应速度快、处理效率高，无二次污染等优点。上述特性使得光催化技术在处理页岩气返排液领域展示了极大的应用空间。而在光催化
中，光催化剂的研制则是最为核心的技术之一。卤氧化铋作为一种新型的窄禁带半导体成为近年来光催化领域的焦点。由于其无毒、廉价、氧化还原能力强、化学性质稳定和抗光腐蚀等特性，在水体污染物降解、抗菌等方面得到了广泛的应用。由于其单体的电子-空穴复合效率较高，对其光催化性能具有不利的影响，严重制约了其在光催化等方面的实际应用。因此，通过改性使卤氧化铋基光催化剂具有高光催化性能是光催化研究领域的重要课题之一。目前文献报道的方法有金属离子掺杂、非金属离子掺杂、半导体的固溶、复合等。2016年Li等人发现原位合成的Bi4O5Br2光催化剂在可见光的照射下催化罗丹明B时，具有比BiOBr单体更强的光催化活性(LiR,XieF,LiuJ,etal.SynthesisofBi4O5Br2fromreorganizationofBiOBranditsexcellentvisiblelightphotocatalyticactivity[J].DaltonTrans.2016,45(22):9182-9186.)。但是，该文献中所报道的Bi4O5Br2虽然较BiOBr单体具有较强的性能，但其本对太阳光能利用率仍不理想，需要进一步的改性以提高其固有光催化性能。因此，探索一种经济有效、环境友好的压裂返排液聚合物降解技术或工艺，对于保障页岩气的正常生产和可持续发展具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的上述问题，提供一种富铋固溶体光催化剂及其制备方法和应用，其中，该催化剂具有较高的比表面积，能够更好地在可见光下光催化氧化去除页岩气油田废水中的羟丙基胍胶，并且，该制备方法降低了生产成本，简化了生产工艺。为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种富铋固溶体光催化剂，其中，所述富铋固溶体光催化剂的表达式为Bi4O5X0.5Y1.5，其中，X和Y各自独立地为Cl、Br或I，且X和Y不同，以及所述富铋固溶体光催化剂为粉末状，粒径为10-17nm，比表面积为260-280m2/g。优选地，X为Br，Y为I。本专利技术第二方面提供了一种富铋固溶体光催化剂的制备方法，其中，该方法包括以下步骤：(1)配制含铋元素的化合物的醇溶液A；(2)配制含X元素的化合物和含Y元素的化合物的醇溶液B；(3)在搅拌条件下将溶液B滴加到溶液A中进行第一反应；(4)将步骤(3)得到的混合物在高温高压下进行第二反应；(5)将步骤(4)得到的反应物干燥后再水解；其中，X和Y各自独立地为Cl、Br或I，且X和Y不同。优选地，X为Br，Y为I。优选地，所述含X元素的化合物、含Y元素的化合物与含铋元素的化合物的用量的摩尔比为1：(1-5)：(6-10)。优选地，含铋元素的化合物为五水硝酸铋；含Y元素的化合物为碘化钾和/或碘化钠，优选为碘化钾；含X元素的化合物为溴化钾和/或溴化钠，优选为溴化钾。优选地，在步骤(1)中，所述醇为乙醇、乙二醇、丙醇和丙三醇中的一种或多种，优选为乙醇，且相对于1mmol的所述含铋元素的化合物，所述醇的用量为10-50mL。优选地，在步骤(2)中，所述醇为乙醇、乙二醇、丙醇和丙三醇中的一种或多种，优选为乙醇，且相对于1mmol的所述含X元素的化合物，所述醇的用量为10-50mL。优选地，在步骤(3)中，所述第一反应的条件包括：在搅拌速率为50-100转/分钟的条件下搅拌10-40分钟，滴加速率为1-2.5mL/分钟。优选地，在步骤(4)中，所述第二反应的条件包括：压力为10-15MPa，温度为140-180℃，时间为14-18h；优选地，压力为12-14MPa，温度为150-170℃，干燥时间为15-17h。优选地，在步骤(5)中，所述干燥的条件包括：干燥温度为60-80℃，干燥时间为5-24h；优选地，干燥温度为65-75℃，干燥时间为7-15h。优选地，在步骤(5)中，所述水解的条件包括：水解温度为25-40℃，水解时间为5-24h；以及相当于1g重量的反应物，所述水解所用的蒸馏水的用量为30-40mL。本专利技术第三方面提供了上述所述的富铋固溶体光催化剂或上述所述的制备方法制备得到的富铋固溶体光催化剂应用于可见光下催化氧化油田废水中的羟丙基胍胶。根据本专利技术提供的技术方案，具有以下优点：(1)本专利技术优化了富铋固溶体光催化剂的制备工艺，具有降低成本、简化生产流程的特点；(2)本专利技术的富铋固溶体具有固溶体、复合体双结构，提高了光催化活性；(3)使用本专利技术所述Bi4O5Br0.5I1.5富铋固溶体光催化剂，在波长大于420nm的可见光辐照下，原始COD为200mg/L的羟丙基胍胶溶液在2h内去除率为95％，大幅提高了光催化性能；(4)本专利技术采用无毒组分，减少了对人体健康和生态环境的危害；(5)本专利技术制备得到的富铋固溶体光催化剂不需要添加其他化学试剂以及其他的制备后处理，只需一步原位合成，方法简单。附图说明图1是根据本专利技术的实施例1制备的富铋固溶体光催化剂的XRD谱图。具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。第一方面，本专利技术提供了一种富铋固溶体光催化剂，其中，所述富铋固溶体光催化剂的表达式为Bi4O5X0.5Y1.5，其中，X和Y各自独立地为Cl、Br或I，且X和Y不同，以及所述富铋固溶体光催化剂的形貌为粉末状，粒径为10-17nm，优选为12-15n，更优选为13-14nm，比表面积为260-280m2/g，优选为265-275m2/g，更优选为268-272m2/g。优选情况下，X为Br，Y为I。在本专利技术中，该催化剂具有固溶体、复合体双结构，具有较高的比表面积，提高了催化活性，能够更好地在在波长大于420nm的可见光辐照下光催化氧化去除页岩气油田废水中的羟丙基胍胶，另外，该富铋固溶体光催化剂无毒，减少了对人体健康和生态环境的危害。第二方面，本专利技术提供了一种富铋固溶体光催化剂的制备方法，其中，该方法包括以下步骤：(1)配制含铋元素的化合物的醇溶液A；(2)配制含X元素的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种富铋固溶体光催化剂，其特征在于，所述富铋固溶体光催化剂的表达式为Bi4O5X0.5Y1.5，其中，X和Y各自独立地为Cl、Br或I，且X和Y不同，以及所述富铋固溶体光催化剂为粉末状，粒径为10‑17nm，比表面积为260‑280m

【技术特征摘要】
1.一种富铋固溶体光催化剂，其特征在于，所述富铋固溶体光催化剂的表达式为Bi4O5X0.5Y1.5，其中，X和Y各自独立地为Cl、Br或I，且X和Y不同，以及所述富铋固溶体光催化剂为粉末状，粒径为10-17nm，比表面积为260-280m2/g。2.根据权利要求1所述的富铋固溶体光催化剂，其中，X为Br，Y为I。3.一种富铋固溶体光催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)配制含铋元素的化合物的醇溶液A；(2)配制含X元素的化合物和含Y元素的化合物的醇溶液B；(3)在搅拌条件下将溶液B滴加到溶液A中进行第一反应；(4)将步骤(3)得到的混合物在高温高压下进行第二反应；(5)将步骤(4)得到的反应物干燥后再水解；其中，X和Y各自独立地为Cl、Br或I，且X和Y不同。4.根据权利要求3所述的制备方法，其中，X为Br，Y为I。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其中，所述含X元素的化合物、含Y元素的化合物与含铋元素的化合物的用量的摩尔比为1：(1-5)：(6-10)。6.根据权利要求3或5所述的制备方法，其中，含铋元素的化合物为五水硝酸铋；含Y元素的化合物为碘化钾和/或碘化钠，优选为碘化钾；含X元素的化合物为溴化钾和/或溴化钠，优选为溴化钾。7.根据权利要求3所述的制备方法，其中，在步骤(1)中，所述醇为乙醇、乙二醇、丙醇和丙三醇中的一种或多种，优选为乙醇，且相对于...

【专利技术属性】
技术研发人员：白杨，石晛，王平全，叶立群，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51