本发明涉及水污染检测和环境催化,尤其是涉及一种有机超导体/碘酸氧铋复合光催化剂及其制备方法和应用。
背景技术:
1、水体污染已被公认为21世纪最突出的全球环境恶化问题之一。特别是含有难降解有机污染物(如酚类化合物)的废水直接排放到环境中,对人类健康构成严重威胁。从废水中去除这些药物残留物最近受到越来越多的关注,已成为现代环境修复研究的一个关键领域。
2、光催化氧化技术是一种从废水中去除酚类物质的有效方法,具有高效率、高稳定性和成本效益低等优势。然而,本领域的一个关键挑战是酚类污染物常与高浓度的其他污染物共存,而目前报道的大多数光催化剂的选择性较差,普适性地降解各类污染物,缺乏通过酚类污染物某项性质去预测光催化体系去除能力的相关研究。因此,亟需开发一种新型有机超导体/碘酸氧铋复合光催化体系,对水体中多种背景物质具有良好的抗干扰能力,同时基于本体系开发了通过计算酚类污染物的xlogp和ip参考值来预测其对不同酚类污染物去除能力的方法。
技术实现思路
1、本发明的目的提供了一种有机超导体/碘酸氧铋复合光催化剂及其制备方法和应用,本发明可简单、高效制备有机超导体/铋基复合光催化剂,所制得的光催化剂具有优异的光催化性能和准确的选择性氧化性能,克服了上述现有技术电荷分离效率较低,光吸收能力较差,去除水中酚类污染物时效果不佳且易受水质背景干扰的问题,本发明还提供一种通过计算不同酚类污染物的疏水参数(xlogp)和垂直电势(ip)的方法预测光催化体系的去除能力,解决光催化体系选择性较差,易受水质背景干扰的问题。
2、为了实现上述目的,本发明采用了以下技术方案:
3、本发明提供一种有机超导体/碘酸氧铋复合光催化剂的制备方法,包括如下步骤:
4、s1:将有机超导体置于溶剂中超声溶解,再加入铋盐,继续超声,最后加入钾盐溶液,进行搅拌,获得悬浮液;
5、s2:在酸性条件下,将所述悬浮液进行水热反应,经处理后得到有机超导体/碘酸氧铋复合光催化剂;
6、其中,有机超导体和铋盐的质量比为(0.011-0.11):1。
7、进一步的,在上述技术方案的基础之上,有机超导体和铋盐的质量比为0.055:1。
8、进一步的,在上述技术方案的基础之上,所述有机超导体为tcnq;
9、和/或,所述铋盐为硝酸铋;
10、和/或,所述钾盐溶液为碘酸钾溶液;
11、和/或,所述溶剂包括硝酸、盐酸、硫酸中的一种或多种。
12、进一步的,在上述技术方案的基础之上,所述溶剂和所述钾盐溶液的摩尔比为30:1-70:1。
13、进一步的,在上述技术方案的基础之上,步骤s1具体包括如下步骤:
14、将tcnq置于硝酸溶液中进行超声10-20min,再加入硝酸铋,继续超声25-35min,最后加入碘酸钾溶液,进行搅拌,获得悬浮液;
15、和/或,所述搅拌的条件为:温度为22-30℃,搅拌速度为120-140r/min,反应时间为30-40min。
16、进一步的,在上述技术方案的基础之上,步骤s2中,所述酸性条件是指:用硝酸和/或盐酸和/或硫酸调节所述悬浮液的ph至4-5。
17、进一步的,在上述技术方案的基础之上,步骤s2中,所述水热反应温度为130-180℃,反应时间为12h-16h。
18、进一步的,在上述技术方案的基础之上,步骤s2中,所述处理包括超声搅拌、离心、洗涤和烘干。
19、本发明还提供一种如上所述的有机超导体/碘酸氧铋复合光催化剂的制备方法制得的有机超导体/碘酸氧铋复合光催化剂。
20、本发明还提供一种如上所述的有机超导体/碘酸氧铋复合光催化剂的制备方法制得的有机超导体/碘酸氧铋复合光催化剂或如上所述的有机超导体/碘酸氧铋复合光催化剂的应用,所述有机超导体/碘酸氧铋复合光催化剂可用于计算酚类污染物的xlogp和ip参考值,用以预测对酚类污染物的去除能力。
21、本发明提供的一种有机超导体/碘酸氧铋复合光催化剂及其制备方法和应用,有益效果如下:
22、本发明通过调控铋基和有机超导体的质量比以及水热反应制得上述有机超导体/碘酸氧铋复合光催化剂,构建tcqn有机超导体和碘酸氧铋无机半导体构成的异质结对制得的有机超导体/碘酸氧铋进行改性,抑制了光生电子-空穴的复合,提升了吸光度,增强其光催化性能,可实现在5min内对双酚a(bpa)的快速去除,且水质背景物质例如cl-、co32-、hco3-、so42-等等对酚类污染物的去除干扰较小。其tcqn作为具有高载流子迁移率和优异环境稳定性的π-π型结构超导体材料,其在可见光范围内的高吸收系数和电荷载流子的高迁移率表现出了巨大的光催化潜力,并且由于它有良好的环境稳定性,它的能带结构可以与铋基材料很好地匹配。因此制得的有机超导体/碘酸氧铋复合光催化剂具有良好的光催化性能,在降解水中酚类污染物时具有良好的光催化性能,在不同酚类污染物的降解具有优异的选择性氧化降解能力,可以通过计算酚类污染物的疏水参数和垂直电势参考值来预测其去除能力,所述制备方法具有操作简单、高效的优点。
1.一种有机超导体/碘酸氧铋复合光催化剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
2.根据权利要求1所述的一种有机超导体/碘酸氧铋复合光催化剂的制备方法,其特征在于,有机超导体和铋盐的质量比为0.055:1。
3.根据权利要求1所述的一种有机超导体/碘酸氧铋复合光催化剂的制备方法,其特征在于,所述有机超导体为tcnq;
4.根据权利要求1所述的一种有机超导体/碘酸氧铋复合光催化剂的制备方法,其特征在于,所述溶剂和所述钾盐溶液的摩尔比为30:1-70:1。
5.根据权利要求1所述的一种有机超导体/碘酸氧铋复合光催化剂的制备方法,其特征在于,步骤s1具体包括如下步骤:
6.根据权利要求1所述的一种有机超导体/碘酸氧铋复合光催化剂的制备方法,其特征在于,步骤s2中,所述酸性条件是指:用硝酸和/或盐酸和/或硫酸调节所述悬浮液的ph至4-5。
7.根据权利要求1所述的一种有机超导体/碘酸氧铋复合光催化剂的制备方法,其特征在于,步骤s2中,所述水热反应温度为130-180℃,反应时间为12h-16h。
8.根据权利要求1所述的一种有机超导体/碘酸氧铋复合光催化剂的制备方法,其特征在于,步骤s2中,所述处理包括超声搅拌、离心、洗涤和烘干。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的有机超导体/碘酸氧铋复合光催化剂的制备方法制得的有机超导体/碘酸氧铋复合光催化剂。
10.一种如权利1-8任一项所述的有机超导体/碘酸氧铋复合光催化剂的制备方法制得的有机超导体/碘酸氧铋复合光催化剂或权利要求9所述的有机超导体/碘酸氧铋复合光催化剂的应用,其特征在于,所述有机超导体/碘酸氧铋复合光催化剂可用于计算酚类污染物的xlogp和ip参考值,用以预测对酚类污染物的去除能力。