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CN115318314A - 一种钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料、包含其的光催化薄膜及制备方法和用途 - Google Patents

一种钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料、包含其的光催化薄膜及制备方法和用途 Download PDF

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CN115318314A
CN115318314A CN202211018093.1A CN202211018093A CN115318314A CN 115318314 A CN115318314 A CN 115318314A CN 202211018093 A CN202211018093 A CN 202211018093A CN 115318314 A CN115318314 A CN 115318314A
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CN
China
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photocatalytic
film
strontium titanate
photocatalytic material
bismuth
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段东平
贾奇博
刘健
李焱
钟莉
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Institute of Process Engineering of CAS
Original Assignee
Institute of Process Engineering of CAS
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Abstract

本发明涉及一种钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料、包含其的光催化薄膜及制备方法和用途，所述光催化材料包括碘氧化铋和负载于所述碘氧化铋表面的钛酸锶，本发明提供的光催化材料具有高光催化氧化还原活性，并且具有全波段光响应。本发明提供的光催化薄膜含有钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料，可以利用光催化材料较高的降解效率，用于水体中污染物的氧化还原反应，抑制水体的富营养化。本发明提供的光催化材料以及光催化薄膜的制备方法操作简单，可以工业化应用。

Description

一种钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料、包含其的光催化薄 膜及制备方法和用途
技术领域
本发明涉及光催化材料技术领域，具体涉及一种钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料、包含其的光催化薄膜及制备方法和用途。
背景技术
富营养化指的是水体中N、P等营养盐含量过多而引起的水质污染现象。通常，人类活动特别是工农业生产的快速发展及由此带来的排污量增加会迅速加快水体富营养化的进程。其中富含C，N，P等元素有机质由于稳定性强，容易在水体中产生富集，经过日积月累的富集造成了水体的富营养化，对自然水体中的其他生物以及水质造成严重影响。富营养化水体初期由于有机物质浓度低，分布广，由此难以使用常规污水处理手段进行治理。目前，降解水体有机物的处理方式主要有强化生物处理工艺、曝气生物滤池技术等处理工艺，突出问题表现为处理效率低，工艺复杂，材料回收再利用困难等。近年来，光催化降解技术因为其环保、高效、降解持久等特性，成为很多水体有机物降解途径之一。
钛酸锶(SrTiO3)具有钙钛矿晶体结构与稳定传递电子的性能，被广泛应用于芯片等信息器件的制造。钛酸锶的禁带宽度为3.2eV，具有合适的价带位置，同时具备优异的化学与热稳定性，因此可以用来做光催化剂降解有机污染物的材料。但是钛酸锶仅对紫外光有较好的吸收效果，对可见光响应较弱，对太阳光总体利用率低，因此，需要复合助催化剂，提升钛酸锶对全波段太阳光的吸收程度。
CN114618537A公开了一种红磷/钛酸锶异质结光催化剂及制备方法及应用，该方法通过将红磷均匀附着在钛酸锶的(110)及(100)晶面上，形成红磷/钛酸锶异质结结构，克服了红磷光生电子和光生空穴复合快的缺点，但是对钛酸锶可见光响应的拓宽范围十分有限。
CN112058289A公开了一种钛酸锶/碳酸锶异质结光催化剂及其制备方法和应用，该方法通过SrCO3加入到C16H36O4Ti和Sr(NO3)2为原料的SrTiO3前驱体溶液中，通过条件温和、步骤简单的一步水热法原位合成钛酸锶/碳酸锶异质结光催化剂，该催化剂可以增强水解产氢速率，但是光催化活性有限，难以进一步提光氧化还原效率。
因此，提供一种高氧化还原效率、高光子利用效率的光催化材料对于处理水体污染物以及抑制水体富营养化具有重要意义。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的在于提供一种钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料、包含其的光催化薄膜及制备方法和用途，与现有技术相比，本发明提供的光催化材料以多面体SrTiO3复合碘氧化铋，具有全波段光响应，可协同快速导出光电子与空穴，本发明提供的光催化薄膜具有高降解效率、高光子利用效率，可以有效催化水体污染物分解，本发明提供的制备方法操作简单，成本低廉，可以工业化应用。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料，所述光催化材料包括碘氧化铋和负载于所述碘氧化铋表面的钛酸锶。
本发明提供的钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料利用碘氧化铋的p型半导体结构，合适的价带以及高自由载流子迁移率，可以与钛酸锶形成p-n结异质结，加速光致电子与空穴分离。本发明提供的钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料具有高催化还原活性，并且具有全波段光响应。
优选地，所述钛酸锶为十八面体结构。
优选地，所述碘氧化铋为二维片状结构。
本发明优选控制钛酸锶为十八面体结构，碘氧化铋为二维片状结构，可以使二者充分复合的同时，还可以进一步控制钛酸锶在特定的晶面方向聚集光电子，极大地提高了光催化材料的光催化效率。本发明中钛酸锶的形状还可以是其它暴露两种以上晶面的多面体，优选为十八面体；所述特定的晶面方向没有特殊限定，例如可以是(001)、(110)、(101)或(111)等。
优选地，所述光催化材料中，钛酸锶和碘氧化铋的质量比为1:(0.4-4)，例如可以是1:0.4、1:0.8、1:1、1:1.2、1:1.4、1:1.8、1:2、1:2.4、1:2.8、1:3、1:3.4、1:3.8或1:4，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述钛酸锶的粒径为20-500nm，例如可以是20nm、40nm、80nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm或500nm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述碘氧化铋的粒径为1-10μm，例如可以是1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
第二方面，本发明提供一种如本发明第一方面所述钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)混合钛酸锶和碘化物，得到混合溶液；
(2)混合步骤(1)得到的所述混合溶液和铋盐溶液，然后进行反应，之后依次进行冷却、固液分离、洗涤和干燥，得到所述光催化材料。
本发明提供的制备方法通过首先混合钛酸锶和碘化物，得到混合溶液；然后混合步骤(1)得到的所述混合溶液和铋盐溶液，进行反应，得到所述光催化材料。本发明利用溶胶凝胶法，将多面体钛酸锶和碘氧化铋复合，制备得到高性能的p-n异质结，制备工艺简单，可以工业化应用。
本发明对所述固液分离的方法没有特殊限定，例如可以是过滤或离心。
本发明中，所述混合溶液的溶剂没有特殊限定，一般为水，所述铋盐溶液的溶剂没有特殊限定，一般为乙二醇。
本发明中，所述冷却的终点温度一般为15-40℃，所述洗涤的一般包括水洗2-3次，乙醇洗涤2-3次。
优选地，步骤(1)所述钛酸锶和碘化物的摩尔比为1:(0.2-2)，例如可以是1:0.2、1:0.4、1:0.6、1:0.8、1:1、1:1.2、1:1.4、1:1.6、1:1.8或1:2，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述碘化物包括碘化钾。
优选地，步骤(2)所述混合包括：将铋盐溶液在搅拌的条件下加入到步骤(1)得到的所述混合溶液中。
优选地，所述铋盐包括硝酸铋。
优选地，所述铋盐溶液的浓度为0.05-0.1mol/L，例如可以是0.05mol/L、0.06mol/L、0.07mol/L、0.08mol/L、0.09mol/L或0.1mol/L，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述铋盐中铋元素与所述混合溶液中锶元素的摩尔比为(0.2-2):1，例如可以是0.2:1、0.5:1、0.8:1、1:1、1.2:1、1.5:1、1.8:1或2:1，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述反应的温度为60-80℃，例如可以是60℃、62℃、64℃、68℃、70℃、72℃、74℃、76℃、78℃或80℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述反应的时间为0.5-2h，例如可以是0.5h、0.8h、1h、1.2h、1.4h、1.6h、1.8h或2h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述干燥的温度为50-90℃，例如可以是50℃、52℃、55℃、58℃、60℃、62℃、65℃、68℃、70℃、72℃、75℃、78℃、80℃、82℃、85℃、88℃或90℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述干燥的时间为4-12h，例如可以是4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h或12h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
作为本发明第二方面的优选技术方案，所述制备方法包括以下步骤：
(1)按摩尔比为1:(0.2-2)，混合钛酸锶和碘化物，得到混合溶液；
(2)将铋盐溶液在搅拌的条件下加入到步骤(1)得到的所述混合溶液中，所述铋盐溶液的浓度为0.05-0.1mol/L，所述铋盐中铋元素与所述混合溶液中锶元素的摩尔比为(0.2-2):1，在60-80℃下进行反应0.5-2h，然后冷却、固液分离、洗涤，在50-90℃下干燥4-12h，得到所述光催化材料。
第三方面，本发明提供一种光催化薄膜，所述光催化包括包含本发明第一方面所述的钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料。
本发明提供的光催化薄膜通过负载钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料，可以利用光催化材料较高的降解效率，用于水体中污染物的氧化还原反应，抑制水体的富营养化。
优选地，所述光催化薄膜包含薄膜基材和包覆于所述薄膜基材表面的光催化材料修饰层。
本发明中，所述光催化材料修饰层为通过接枝反应修饰在薄膜基材表面的钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料。
优选地，所述光催化材料修饰层的层数为10-50层，例如可以是10层、15层、20层、25层、30层、35层、40层、45层或50层，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
第四方面，本发明提供一种如本发明第三方面所述光催化薄膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(a)将薄膜基材浸入聚乙烯醇溶液中，然后干燥，得到预处理薄膜；
(b)将步骤(a)得到的所述预处理薄膜浸入均苯三甲酰氯溶液中进行第一改性，然后浸入光催化材料分散液中进行第二改性，之后依次进行洗涤、干燥，得到第一薄膜；
(c)将步骤(b)得到的所述第一薄膜进行紫外光照射，然后依次进行洗涤、干燥，得到第二薄膜；
(d)将步骤(c)得到的所述第二薄膜重复进行步骤(b)-(c)的操作，得到所述光催化薄膜。
本发明提供的光催化薄膜的制备方法利用光诱导将光催化材料在薄膜基材上进行层层自组装，结构清晰，协同提高了光催化薄膜的光催化效率。
优选地，步骤(a)所述聚乙烯醇溶液中聚乙烯醇的质量百分含量为1-10％，例如可以是1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明中，所述聚乙烯醇溶液的溶剂没有特殊限定，一般为水。
优选地，步骤(a)所述薄膜基材包括聚丙烯。
优选地，步骤(a)所述干燥的温度为50-80℃，例如可以是50℃、52℃、55℃、58℃、60℃、62℃、65℃、68℃、70℃、72℃、75℃、78℃或80℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(a)所述干燥的时间为1-3h，例如可以是1h、1.2h、1.4h、1.6h、1.8h、2h、2.2h、2.5h、2.8h或3h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(b)所述均苯三甲酰氯溶液中均苯三甲酰氯的质量百分含量为0.1-0.5％，例如可以是0.1％、0.2％、0.3％、0.4％或0.5％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明中，所述均苯三甲酰氯溶液的溶剂没有特殊限定，一般为正己烷。
优选地，步骤(b)所述光催化材料分散液中光催化材料的添加量为0.2-2mg/mL，例如可以是0.2mg/mL、0.6mg/mL、0.8mg/mL、1mg/mL、1.2mg/mL、1.4mg/mL、1.6mg/mL、1.8mg/mL或2mg/mL，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明中，所述光催化材料分散液的溶剂没有特殊限定，一般为水和正己烷。
优选地，步骤(b)所述干燥的温度为50-80℃，例如可以是50℃、52℃、55℃、58℃、60℃、62℃、65℃、68℃、70℃、72℃、75℃、78℃或80℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(b)所述干燥的时间为1-2h，例如可以是1h、1.2h、1.4h、1.6h、1.8h或2h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(b)所述第一改性的时间为1-5min，例如可以是1min、2min、3min、4min或5min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(b)所述第二改性的时间为1-5min，例如可以是1min、2min、3min、4min或5min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(c)所述紫外光的功率为150-300W，例如可以是150W、160W、180W、200W、220W、240W、260W、280W或300W，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(c)所述照射的时间为0.2-1h，例如可以是0.2h、0.4h、0.5h、0.8h或1h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(d)所述重复的次数为9-49次，例如可以是9次、10次、15次、20次、25次、30次、35次、40次、45次或49次，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为19-29次。
作为本发明第四方面的优选技术方案，所述制备方法包括以下步骤：
(a)将薄膜基材浸入质量百分含量为1-10％的聚乙烯醇溶液中，然后在50-80℃下干燥1-3h，得到预处理薄膜；
(b)将步骤(a)得到的所述预处理薄膜浸入质量百分含量为0.1-0.5％的均苯三甲酰氯溶液中进行第一改性1-5min，然后浸入0.2-2mg/mL的光催化材料分散液中进行第二改性1-5min，之后洗涤，在50-80℃下干燥1-2h，得到第一薄膜；
(c)将步骤(b)得到的所述第一薄膜在150-300W下进行紫外光照射0.2-1h，然后依次进行洗涤、干燥，得到第二薄膜；
(d)将步骤(c)得到的所述第二薄膜重复进行步骤(b)-(c)的操作9-49次，得到所述光催化薄膜。
第五方面，本发明提供一种如本发明第三方面所述光催化薄膜的用途，所述光催化薄膜用于水体中污染物的氧化还原反应。
本发明提供的光催化包括可以用于处理水体中的污染物，包括有机污染物的催化分解和重金属的氧化还原，例如可以用于亚甲基蓝的催化分解反应以及Co元素的氧化还原反应。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料可以形成p-n异质结结构，可协同快速导出光电子与空穴，具有全波段光响应和高催化还原活性。
(2)本发明提供的光催化材料的制备方法利用溶胶凝胶法，将多面体钛酸锶和碘氧化铋复合，制备得到高性能的p-n异质结，制备工艺简单，可以工业化应用。
(3)本发明提供的光催化薄膜通过负载钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料，用于水体中污染物的氧化还原反应，具有高光催化还原活性，能够抑制水体的富营养化，以用于处理亚甲基蓝和Co2+为例，在催化分解亚甲基蓝试验中，亚甲基蓝的转化率可以达到45％以上，在较优条件下可以达到82％以上；在光氧化还原Co2+试验中，Co3+的占比可以达到29％以上，在较优条件下可以达到80％以上。
(4)本发明提供的光催化薄膜的制备方法利用光诱导将光催化材料在薄膜基材上进行层层自组装，结构清晰，协同提高了光催化薄膜的光催化效率。
附图说明
图1是本发明实施例1中所述光催化材料的SEM图；
图2是本发明实施例1-3中所用钛酸锶原料和实施例1-3中所制备光催化材料的光波段吸收图；
图3是本发明实施例1-3中所述光催化材料的XRD图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料，所述光催化材料包括碘氧化铋和负载于所述碘氧化铋表面的钛酸锶，所述钛酸锶为十八面体结构，所述碘氧化铋为二维片状结构，所述光催化材料中，钛酸锶和碘氧化铋的质量比为1:1.9，所述钛酸锶的粒径为180-220nm，所述碘氧化铋的粒径为4-6μm。
本实施例还提供一种上述光催化材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)按摩尔比为1:1，混合钛酸锶和碘化钾于40mL水，得到混合溶液；
(2)将硝酸铋溶于乙二醇，得到硝酸铋溶液，将硝酸铋溶液在搅拌的条件下加入到步骤(1)得到的所述混合溶液中，所述硝酸铋溶液的浓度为0.07mol/L，所述硝酸铋中铋元素与所述混合溶液中锶元素的摩尔比为1:1，然后在70℃下进行反应1.2h，之后冷却，过滤，水洗两次，乙醇洗涤两次，在70℃下干燥8h，得到所述光催化材料。
本实施例还提供一种光催化薄膜，所述光催化薄膜含有上述制备的光催化材料，所述光催化薄膜包含聚丙烯薄膜基材和包覆于所述薄膜基材表面的25层光催化材料修饰层。
本实施例还提供一种上述光催化薄膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(a)将聚丙烯薄膜基材浸入质量百分含量为5.5％的聚乙烯醇水溶液中，然后在65℃下干燥2h，得到预处理薄膜；
(b)将步骤(a)得到的所述预处理薄膜浸入质量百分含量为0.3％的均苯三甲酰氯溶液中进行第一改性3min，然后浸入1.1mg/mL的光催化材料分散液中进行第二改性3min，之后洗涤，在65℃干燥1.5h，得到第一薄膜；
(c)将步骤(b)得到的所述第一薄膜在200W下进行紫外光照射0.6h，然后洗涤、干燥，得到第二薄膜；
(d)将步骤(c)得到的所述第二薄膜重复进行步骤(b)-(c)的操作24次，得到所述光催化薄膜。
实施例2
本实施例提供一种钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料，所述光催化材料包括碘氧化铋和负载于所述碘氧化铋表面的钛酸锶，所述钛酸锶为十八面体结构(与实施例1完全相同)，所述碘氧化铋为二维片状结构，所述光催化材料中，钛酸锶和碘氧化铋的质量比为1:0.4，所述钛酸锶的粒径为190-210nm，所述碘氧化铋的粒径为4-6μm。
本实施例还提供一种上述光催化材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)按摩尔比为1:0.2，混合钛酸锶和碘化钾于40mL水，得到混合溶液；
(2)将硝酸铋溶于乙二醇，得到硝酸铋溶液，将硝酸铋溶液在搅拌的条件下加入到步骤(1)得到的所述混合溶液中，所述硝酸铋溶液的浓度为0.05mol/L，所述硝酸铋中铋元素与所述混合溶液中锶元素的摩尔比为0.2:1，然后在80℃下进行反应0.5h，之后冷却，过滤，水洗两次，乙醇洗涤两次，在90℃下干燥4h，得到所述光催化材料。
本实施例还提供一种光催化薄膜，所述光催化薄膜含有上述制备的光催化材料，所述光催化薄膜包含聚丙烯薄膜基材和包覆于所述薄膜基材表面的20层光催化材料修饰层。
本实施例还提供一种上述光催化薄膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(a)将聚丙烯薄膜基材浸入质量百分含量为1％的聚乙烯醇水溶液中，然后在80℃下干燥1h，得到预处理薄膜；
(b)将步骤(a)得到的所述预处理薄膜浸入质量百分含量为0.5％的均苯三甲酰氯溶液中进行第一改性1min，然后浸入2mg/mL的光催化材料分散液中进行第二改性1min，之后洗涤，在80℃干燥1h，得到第一薄膜；
(c)将步骤(b)得到的所述第一薄膜在300W下进行紫外光照射0.2h，然后洗涤、干燥，得到第二薄膜；
(d)将步骤(c)得到的所述第二薄膜重复进行步骤(b)-(c)的操作19次，得到所述光催化薄膜。
实施例3
本实施例提供一种钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料，所述光催化材料包括碘氧化铋和负载于所述碘氧化铋表面的钛酸锶，所述钛酸锶为十八面体结构(与实施例1完全相同)，所述碘氧化铋为二维片状结构，所述光催化材料中，钛酸锶和碘氧化铋的质量比为1:4，所述钛酸锶的粒径为490-500nm，所述碘氧化铋的粒径为8-9μm。
本实施例还提供一种上述光催化材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)按摩尔比为1:2，混合钛酸锶和碘化钾于40mL水，得到混合溶液；
(2)将硝酸铋溶于乙二醇，得到硝酸铋溶液，将硝酸铋溶液在搅拌的条件下加入到步骤(1)得到的所述混合溶液中，所述硝酸铋溶液的浓度为0.1mol/L，所述硝酸铋中铋元素与所述混合溶液中锶元素的摩尔比为2:1，然后在60℃下进行反应2h，之后冷却，过滤，水洗两次，乙醇洗涤两次，在50℃下干燥12h，得到所述光催化材料。
本实施例还提供一种光催化薄膜，所述光催化薄膜含有上述制备的光催化材料，所述光催化薄膜包含聚丙烯薄膜基材和包覆于所述薄膜基材表面的30层光催化材料修饰层。
本实施例还提供一种上述光催化薄膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(a)将聚丙烯薄膜基材浸入质量百分含量为10％的聚乙烯醇水溶液中，然后在50℃下干燥3h，得到预处理薄膜；
(b)将步骤(a)得到的所述预处理薄膜浸入质量百分含量为0.1％的均苯三甲酰氯溶液中进行第一改性5min，然后浸入0.2mg/mL的光催化材料分散液中进行第二改性5min，之后洗涤，在50℃干燥2h，得到第一薄膜；
(c)将步骤(b)得到的所述第一薄膜在150W下进行紫外光照射1h，然后洗涤、干燥，得到第二薄膜；
(d)将步骤(c)得到的所述第二薄膜重复进行步骤(b)-(c)的操作29次，得到所述光催化薄膜。
实施例4
本实施例提供一种钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料，与实施例1相比的区别仅在于所述钛酸锶为立方体结构。
本实施例还提供一种光催化薄膜的制备方法，与实施例1相比的区别仅在于步骤(b)中光催化材料分散液替换为上述光催化材料的分散液。
实施例5
本实施例提供一种钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料，与实施例1相比的区别仅在于所述钛酸锶的粒径为10μm。
本实施例还提供一种光催化薄膜的制备方法，与实施例1相比的区别仅在于步骤(b)中光催化材料分散液替换为上述光催化材料的分散液。
实施例6
本实施例提供一种钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料，与实施例1相比的区别仅在于所述碘氧化铋的粒径为0.2μm。
本实施例还提供一种光催化薄膜的制备方法，与实施例1相比的区别仅在于步骤(b)中光催化材料分散液替换为上述光催化材料的分散液。
实施例7
本实施例提供一种钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料，与实施例1相比的区别仅在于钛酸锶和碘氧化铋的质量比为1:0.1。
本实施例还提供一种上述光催化材料的制备方法，与实施例1相比的区别仅在于所述硝酸铋中铋元素与所述混合溶液中锶元素的摩尔比为19.1:1。
本实施例还提供一种光催化薄膜的制备方法，与实施例1相比的区别仅在于步骤(b)中光催化材料分散液替换为上述光催化材料的分散液。
实施例8
本实施例提供一种钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料，与实施例1相比的区别仅在于钛酸锶和碘氧化铋的质量比为1:5。
本实施例还提供一种上述光催化材料的制备方法，与实施例1相比的区别仅在于所述硝酸铋中铋元素与所述混合溶液中锶元素的摩尔比为1:0.38。
本实施例还提供一种光催化薄膜的制备方法，与实施例1相比的区别仅在于步骤(b)中光催化材料分散液替换为上述光催化材料的分散液。
实施例9
本实施例提供一种光催化薄膜，与实施例1相比的区别仅在于光催化材料修饰层的层数为5层。
本实施例还提供一种上述光催化薄膜的制备方法，与实施例1相比的区别仅在于步骤(d)中重复的次数为4。
实施例10
本实施例提供一种光催化薄膜，与实施例1相比的区别仅在于光催化材料修饰层的层数为50层。
本实施例还提供一种上述光催化薄膜的制备方法，与实施例1相比的区别仅在于步骤(d)中重复的次数为49次。
对比例1
本对比例提供一种光催化薄膜，与实施例1相比的区别仅在于所述光催化薄膜包含聚丙烯薄膜基材和包覆于所述薄膜基材表面的30层钛酸锶修饰层。
本对比例提供一种光催化薄膜的制备方法，与实施例1相比的区别仅在于步骤(b)所述光催化材料分散液替换为钛酸锶分散液。
对比例2
本对比例提供一种光催化材料薄膜的制备方法，与实施例1相比的区别仅在于不进行紫外光照射，即所述制备方法包括以下步骤：
(a)将聚丙烯薄膜基材浸入质量百分含量为5.5％的聚乙烯醇水溶液中，然后在65℃下干燥2h，得到预处理薄膜；
(b)将步骤(a)得到的所述预处理薄膜浸入质量百分含量为0.3％的均苯三甲酰氯溶液中进行第一改性3min，然后浸入1.1mg/mL的光催化材料分散液中进行第二改性3min，之后洗涤，在65℃干燥1.5h，得到第一薄膜；
(c)将步骤(d)得到的所述第一薄膜重复进行步骤(b)的操作29次，然后洗涤、干燥，得到所述光催化薄膜。
对实施例1中所制得的光催化材料进行SEM检测，结果如图1所示，从图1可以看出，钛酸锶负载于碘氧化铋的表面，钛酸锶的平均粒径为200nm，碘氧化铋的平均粒径为5.0μm。
对实施例1-3中所用的钛酸锶原料(即纯钛酸锶)和实施例1-3中所制备的光催化材料进行光波段吸收测试，结果如图2所示，从图2可以看出，实施例1-3中的光催化材料相较于纯钛酸锶扩大了光波段吸收范围。
对实施例1-3中制得的光催化材料进行XRD测试，结果如图3所示，从图3可以看，实施例1-3中所述光催化材料含有钛酸锶和碘氧化铋的特征峰。
对实施例1-10和对比例1-2中的光催化薄膜进行催化分解亚甲基蓝试验，试验方法为：将1.5g光催化薄膜放置于浓度为0.5g/L的亚甲基蓝水溶液，在366nm的紫外光光照射1h，通过检测亚甲基蓝溶液在665nm处的吸光度来检测反应后溶液中亚甲基蓝的浓度，从而计算亚甲基蓝的转化率。所得亚甲基蓝的转化率如表1所示。
对实施例1-10和对比例1-2中的光催化薄膜进行光氧化还原Co2+试验，试验方法为：首先，将光催化薄膜(尺寸为3×3cm)放置于含有100mL蒸馏水的透光容器底部；然后，制备浓度为2mg 2mg/mL的Co(NO3)2·6H2O水溶液；最后，通过磁力搅拌将2mL Co(NO3)2·6H2O水溶液添加到放置光催化薄膜的水分散液中，并用氙灯(300W，全弧)照射所得混合物30min，在热水浴上加热混合物直至干燥。对光催化薄膜样品进行XPS测试，检测Co2+与Co3+的含量，计算Co3+在所有Co元素中的占比，结果如表1所示。
本发明提供的光催化薄膜不仅可以用于处理亚甲基蓝和Co2+，还可用于其他水体中污染物，以上试验仅仅是为了证明本发明所述光催化薄膜的效果。
表1
亚甲基蓝的转化率/％ Co<sup>3+</sup>的占比/％
实施例1 88％ 86％
实施例2 82％ 80％
实施例3 89％ 84％
实施例4 45％ 30％
实施例5 27％ 29％
实施例6 69％ 55％
实施例7 70％ 67％
实施例8 51％ 45％
实施例9 64％ 59％
实施例10 54％ 47％
对比例1 67％ 60％
对比例2 34％ 40％
从表1可以看出以下几点
(1)从实施例1-10的数据可以看出，本发明提供的光催化薄膜用于催化分解亚甲基蓝试验，亚甲基蓝的转化率可以达到45％以上，在较优条件下可以达到82％以上；用于光氧化还原Co2+试验，Co3+的占比可以达到29％以上，在较优条件下可以达到80％以上。
(2)综合比较实施例1和实施例4的数据可以看出，实施例4与实施例1相比的区别仅在于所述钛酸锶为立方体结构，实施例4中亚甲基蓝的转化率和Co3+的占比明显低于实施例1，由此可见，本发明优选控制钛酸锶的形貌，控制其为十八面体结构，可以进一步提高催化效果。
(3)综合比较实施例1和实施例5-6的数据可以看出，实施例5与实施例1相比的区别仅在于所述钛酸锶的粒径为10μm，实施例6与实施例1相比的区别仅在于所述碘氧化铋的粒径为0.2μm，实施例1中亚甲基蓝的转化率和Co3+的占比明显高于实施例5-6，由此可见，本发明优选控制钛酸锶和碘氧化铋的粒径，可以进一步提升催化效果。
(4)综合比较实施例1和实施例7-8的数据可以看出，实施例1中钛酸锶和碘氧化铋的质量比为1:1.9，相较于实施例7-8中分别为1:0.1和1:5而言，实施例1中亚甲基蓝的转化率和Co3+的占比明显高于实施例7-8，由此可见，本发明优选控钛酸锶和碘氧化铋的质量比，可以进一步提升催化效果。
(5)综合比较实施例1和实施例9-10的数据可以看出，实施例1中光催化材料修饰层的层数为25层，相较于实施例9-10中分别为5层和50层而言，实施例1中亚甲基蓝的转化率和Co3+的占比明显高于实施例9-10，由此可见，本发明优选控制光催化材料修饰层的层数，可以进一步提升催化效果。
(6)综合比较实施例1和对比例1-2的数据可以看出，对比例1与实施例1的区别仅在于所述光催化薄膜包含聚丙烯薄膜基材和包覆于所述薄膜基材表面的30层钛酸锶修饰层，对比例2与实施例1相比的区别仅在于不进行紫外光照射，实施例1中亚甲基蓝的转化率和Co3+的占比明显高于对比例1-2，由此可见，本发明提供的光催化薄膜及其制备方法，具有优异的催化效果。
综上所述，本发明提供的钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料具有全波段光响应和高催化还原活性，以其制备的光催化薄膜具有高光催化还原活性。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料，其特征在于，所述光催化材料包括碘氧化铋和负载于所述碘氧化铋表面的钛酸锶。
2.根据权利要求1所述的光催化材料，其特征在于，所述钛酸锶为十八面体结构；
优选地，所述碘氧化铋为二维片状结构。
3.根据权利要求1或2所述的光催化材料，其特征在于，所述光催化材料中，钛酸锶和碘氧化铋的质量比为1:(0.4-4)；
优选地，所述钛酸锶的粒径为20-500nm；
优选地，所述碘氧化铋的粒径为1-10μm。
4.一种如权利要求1-3任一项所述钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)混合钛酸锶和碘化物，得到混合溶液；
(2)混合步骤(1)得到的所述混合溶液和铋盐溶液，然后进行反应，之后依次进行冷却、固液分离、洗涤和干燥，得到所述光催化材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述钛酸锶和碘化物的摩尔比为1:(0.2-2)；
优选地，所述碘化物包括碘化钾；
优选地，步骤(2)所述混合包括：将铋盐溶液在搅拌的条件下加入到步骤(1)得到的所述混合溶液中；
优选地，所述铋盐包括硝酸铋；
优选地，所述铋盐溶液的浓度为0.05-0.1mol/L；
优选地，所述铋盐中铋元素与所述混合溶液中锶元素的摩尔比为(0.2-2):1；
优选地，所述反应的温度为60-80℃；
优选地，所述反应的时间为0.5-2h；
优选地，所述干燥的温度为50-90℃；
优选地，所述干燥的时间为4-12h。
6.一种光催化薄膜，其特征在于，所述光催化薄膜包含如权利要求1-3任一项所述的钛酸锶/碘氧化铋复合的光催化材料。
7.根据权利要求6所述的光催化薄膜，其特征在于，所述光催化薄膜包含薄膜基材和包覆于所述薄膜基材表面的多层光催化材料修饰层；
优选地，所述光催化材料修饰层的层数为10-50层，优选为20-30层。
8.一种如权利要求6或7所述光催化薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(a)将薄膜基材浸入聚乙烯醇溶液中，然后干燥，得到预处理薄膜；
(b)将步骤(a)得到的所述预处理薄膜浸入均苯三甲酰氯溶液中进行第一改性，然后浸入光催化材料分散液中进行第二改性，之后依次进行洗涤、干燥，得到第一薄膜；
(c)将步骤(b)得到的所述第一薄膜进行紫外光照射，然后依次进行洗涤、干燥，得到第二薄膜；
(d)将步骤(c)得到的所述第二薄膜重复进行步骤(b)-(c)的操作，得到所述光催化薄膜。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤(a)所述聚乙烯醇溶液中聚乙烯醇的质量百分含量为1-10％；
优选地，步骤(a)所述薄膜基材包括聚丙烯；
优选地，步骤(a)所述干燥的温度为50-80℃；
优选地，步骤(a)所述干燥的时间为1-3h；
优选地，步骤(b)所述均苯三甲酰氯溶液中均苯三甲酰氯的质量百分含量为0.1-0.5％；
优选地，步骤(b)所述光催化材料分散液中光催化材料的添加量为0.2-2mg/mL；
优选地，步骤(b)所述干燥的温度为50-80℃；
优选地，步骤(b)所述干燥的时间为1-2h；
优选地，步骤(b)所述第一改性的时间为1-5min；
优选地，步骤(b)所述第二改性的时间为1-5min；
优选地，步骤(c)所述紫外光的功率为150-300W；
优选地，步骤(c)所述照射的时间为0.2-1h；
优选地，步骤(d)所述重复的次数为9-49次。
10.一种如权利要求6或7所述光催化薄膜的用途，其特征在于，所述光催化薄膜用于水体中污染物的氧化还原反应。
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