本技术涉及一种新型钨酸铋-电气石-生物炭复合光催化剂及其制备方法和应用,属于环保材料技术领域。该方法包括将铋盐和钨酸混合,加入电气石和生物炭,通过一系列化学反应和物理过程制备出具有优异吸附和光催化性能的复合光催化剂。该催化剂可有效应用于废水处理,去除水中的有机污染物,提高水质,具有广阔的市场应用前景。
背景技术
随着全球经济和人口的快速增长,水污染已成为日益严峻的挑战。因此,污水中污染物的降解引起了研究人员的极大关注。人们探索了多种处理方法,包括絮凝沉淀法、吸附法和生物法。虽然这些方法显示出一定的有效性,但也存在局限性。絮凝沉淀法处理特定污染物的效果较差且会产生大量污泥,导致处理成本高昂。吸附法则受限于吸附剂的饱和容量和再生困难,某些污染物不适合通过吸附去除。生物法可能受到温度和pH值等环境因素的影响,导致处理速度较慢。相比之下,光催化技术通过产生光诱导电子和空穴来直接氧化和降解污染物,表现出很高的降解效率。光催化剂可以通过表面改性和载体设计来优化性能,使其在可见光范围内发挥作用,从而扩大应用范围。这使得光催化技术在与传统方法的比较中展现出更大的潜力和优势。
由于Bi 6s和O 2p轨道在价带最大值处的杂化,许多铋基材料具有窄带隙,这使它们适合作为可见光响应型光催化剂。其中,Bi2
WO6
属于Aurivillius相家族,因其独特的层状结构、良好的可见光催化活性、高热稳定性、光化学稳定性和环境友好性而受到广泛关注[Chemical Engineering Journal, 2019, 358, 480-496]。Bi2
WO6
已被用于水污染治理中去除各种污染物。然而,单一的Bi2
WO6
作为光催化剂存在一些局限性,如光生电子和空穴的快速复合以及光催化活性较差。为了解决这些问题,研究者提出了几种改性策略,包括元素掺杂、金属沉积和异质结结构[Molecules, 2023, 28, 8011]。元素掺杂和金属沉积可以改变能带结构,从而提高光响应和氧化还原能力。同时,异质结结构能够提升载流子迁移速率。然而,光催化效率受光催化剂的光吸收、载流子分离与迁移以及氧化还原能力共同影响。因此,如何同时提升这些特性仍然是一个巨大挑战[Chem Catalysis, 2022, 2, 1315–1345]。此外,光催化反应主要发生在光催化剂的表面,具有较大孔隙结构的光催化剂可以富集污染物,提高其传质扩散系数。然而,目前大多数光催化剂的孔隙结构不足,导致吸附能力较差。因此,制备兼具优良吸附和光催化能力的光催化剂已成为亟待解决的问题[Chemical Engineering Journal, 2023, 472, 144893]。
实现思路