一种铋二氧化锡碳酸氧铋光催化剂及制备方法和应用
本发明属于光催化材料制备领域，尤其是可见光光催化材料，具体涉及一种铋/二氧化锡/碳酸氧铋光催化剂及制备方法和应用。
背景技术：
1、腐殖酸(ha)是一种典型的难降解有机物，广泛存在于天然水体和多种类型的废水中。处理腐殖酸废水的方法有高级氧化法、生物降解法、过滤法和吸附法等。在各种类型的处理工艺中，半导体光催化技术能够在常温条件下将有机污染物降解，成为最有发展前景的绿色环保技术之一。
2、sno2因其价格低廉、化学稳定性高、光电性能优异而被广泛应用于光化学领域，但sno2存在着光生电子-空穴对复合速度快、可见光区响应差等缺点。人们通过形貌控制、构建异质结、与碳材料复合等方法合成了多种sno2基复合光催化剂，以增强其光催化性能。碳酸氧铋（bi2o2co3）作为一种成本低且环境友好的铋系材料，已广泛应用于各个领域。sno2和bi2o2co3的能带结构交错，可以很好地构建z型异质结促进光生载流子的分离和迁移。此外，构建贵金属-半导体杂化物也被认为是提高光催化性能的有效策略。通过负载贵金属(au,ag)产生的表面等离子体共振(spr)效应可以增加电子-空穴对的产生，扩大吸收范围，从而获得更有效的光。金属bi具有与贵金属相当的spr效应，价格低廉且易于获得，在光催化应用中是贵金属的理想替代品。
3、为了克服sno2可见光区响应差等缺点，同时进一步提高sno2/bi2o2co3异质结的光催化性能，本发明提出一种可见光响应的bi/sno2/bi2o2co3三元光催化剂的制备方法。利用bi元素的spr特性，增强材料的可见光吸收能力，并有效地加速电子-空穴对分离。
技术实现思路
1、本发明目的在于提供一种铋/二氧化锡/碳酸氧铋光催化剂及制备方法和应用。
2、本发明的思路：本发明利用锡酸钠吸收空气中二氧化碳能生成碳酸钠和氢氧化锡的特点，使锡酸钠产生的碳酸根和五水合硝酸铋反应产生bi2o2co3；在溶剂控制反应过程中，通过投加乙二醇做还原剂，将部分bi3+还原为金属bi。同时，氢氧化锡分解为sno2，一步水热法即制备了不同复合比例的bi/sno2/bi2o2co3三元光催化材料，并利用制备的bi/sno2/bi2o2co3处理难降解有机物腐殖酸。
3、具体步骤为：
4、（1）将na2sno3·3h2o和十六烷基三甲基溴化铵溶解在去离子水中，超声，获得均匀溶液；
5、（2）将bi(no3)3·5h2o溶解在乙二醇中，超声，获得均匀溶液；
6、（3）将步骤（1）和（2）所得溶液混合，超声，转移到聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中进行水热反应；
7、（4）将(3)所得溶液冷却至室温，离心收集沉淀，洗涤，干燥，研磨后得到光催化剂bi/sno2/bi2o2co3。
8、优选的，所述步骤（1）中na2sno3·3h2o的质量为7 mmol，十六烷基三甲基溴化铵为0.5 mmol，去离子水的体积为30 ml，超声时间为10 min。
9、优选的，所述步骤（2）中bi(no3)3·5h2o的质量为5 mmol，乙二醇的体积为30 ml，超声时间为10 min。
10、优选的，所述步骤（3）超声时间为10 min，水热反应温度为200℃，并在此温度下保持24 h。
11、优选的，所述步骤（4）烘箱干燥温度为80℃，时间为24 h。
12、本发明还提供了一种利用所述的bi/sno2/bi2o2co3光催化剂处理腐殖酸的方法，包括如下步骤：
13、向反应器中加入腐殖酸溶液及所述光催化剂，暗反应30 min，再进行光照反应。
14、优选的，腐殖酸的浓度为20 mg/l，体积为200 ml，光催化剂的投加量为100 mg，光源为300 w氙灯，滤去波长小于420 nm部分。
15、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
16、本发明利用锡酸钠吸收空气中二氧化碳能生成碳酸钠和氢氧化锡的特点，使锡酸钠和二氧化碳产生的碳酸根和五水合硝酸铋反应产生bi2o2co3，同时氢氧化锡进一步产生sno2。在溶剂控制反应过程中，投加乙二醇作为还原剂，将部分bi3+还原为金属bi。采用一步水热法即可制备得到bi/sno2/bi2o2co3三元光催化材料，操作简单。不需要额外添加碳酸盐即可与五水合硝酸铋反应制备bi2o2co3，节约了材料制备的成本。利用bi元素的spr特性，进一步提高了材料的吸光性能。制备过程中利用了空气中的二氧化碳，对“碳达峰与碳中和”目标的实现具有重要意义。
17、制备的bi/sno2/bi2o2co3三元光催化材料具有在可见光下有效降解腐殖酸的性能，具有良好的应用前景。
技术特征：
1.一种铋/二氧化锡/碳酸氧铋光催化剂及制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（1）中na2sno3·3h2o的质量为7mmol，十六烷基三甲基溴化铵为0.5 mmol，去离子水的体积为30 ml，超声时间为10 min。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（2）中bi(no3)3·5h2o的质量为5mmol，乙二醇的体积为30 ml，超声时间为10 min。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（3）中超声时间为10 min，水热反应温度为200℃，并在此温度下保持24 h。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（4）烘箱干燥温度为80℃，时间为24 h。
6.根据权利要求1～5所述的方法得到的bi/sno2/bi2o2co3光催化材料。
7.根据权利要求6所述bi/sno2/bi2o2co3光催化材料在处理腐殖酸溶液中的应用，其特征在于，包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：腐殖酸溶液的浓度为20 mg/l，体积为200ml，光催化剂的投加量为100 mg，光源为300 w氙灯，滤去波长小于420 nm部分。
技术总结
本发明公开了一种铋/二氧化锡/碳酸氧铋光催化剂及制备方法和应用，制备方法：（1）将Na<subgt;2</subgt;SnO<subgt;3</subgt;·3H<subgt;2</subgt;O溶解在超纯水中，添加十六烷基三甲基溴化铵形成溶液A；将Bi(NO<subgt;3</subgt;)<subgt;3</subgt;·5H<subgt;2</subgt;O溶解在乙二醇中形成溶液B；（2）A溶液和B溶液混合后转移到聚四氟乙烯内衬高压反应釜中反应。（3）离心收集沉淀，用去离子水和无水乙醇洗涤并烘干。制备的Bi/SnO<subgt;2</subgt;/Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;在可见光下能有效降解腐殖酸。本发明利用锡酸钠吸收空气中二氧化碳生成碳酸钠和氢氧化锡的特点，在制备过程中不需要额外提供碳酸盐即可与五水合硝酸铋反应制备Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;，节约了制备成本。在溶剂控制反应过程中，投加乙二醇作为还原剂，将部分Bi<supgt;3+</supgt;还原为金属Bi。制备过程中利用了空气中的二氧化碳，对“双碳”目标的实现具有重要意义。
技术研发人员：张木喜,孙晓杰,李家乐,廖辰晨,张红霞
受保护的技术使用者：桂林理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23