铋系氧酸盐专利技术功效分析

詹文青 黄潇霏

（河海大学图书馆，江苏 南京210098）

0 引言

目前，能源危机与环境污染问题逐渐受到重视，如何使用环境友好的方式去除污染成为亟须解决的问题。铋系光催化剂价格便宜，化学稳定性良好，能直接对太阳光响应，不需要紫外光照射，能有效降解废水中的无机物、有机物，应用于灭菌和光解水制氢[1]，具有良好的工业化生产前景。二元铋系材料主要包括铋和其他金属/非金属组成的复合氧化物，如钨酸铋、钛酸铋、碳酸氧铋、磷酸铋等。这些复合氧化物独特的电子构型及优异的光学性质使其在光催化领域的应用甚为广泛，研究者们已相继观察到该类化合物在光催化产氢、CO2还原、有机物降解、医药废水降解、重金属离子还原等方面都表现出了优越的光催化性能，并利用不同的制备方法实现形貌调控、掺杂和复合等手段来进一步提高它们的可见光催化活性[2]。

在铋系光催化技术专利分析方面，已有学者针对二氧化钛光催化技术的中国专利情报分析[3]，对氯氧化铋光催化剂专利技术演进进行了分析[4]，尚未对污水污水处理领域铋系金属/非金属氧酸盐专利技术功效布局进行研究，所以本文以incoPat专利数据库为数据来源，分析该技术领域专利技术功效，为我国铋系金属/非金属氧酸盐技术的专利布局提供参考。

1 专利检索

本文专利数据来源于incoPat专利数据库，检索日期为2020年6月19日，检索关键词与主要分类号包括：光催化、光触媒、光解水、光降解、可见光、太阳光、太阳能光、禁带宽度、带隙、价带、导带、能隙、能带隙、异质结、钨酸铋、钒酸铋、矾酸铋、钛酸铋、钼酸铋、铌酸铋、铁酸铋、硒酸铋、钽酸铋、硅酸铋、锡酸铋、锗酸铋、镓酸铋、锌酸铋、碳酸氧铋、磷酸铋、Bi2WO6、BiVO4、Bi4V2O11、Bi4Ti3O12、Bi12TiO20、Bi20TiO32、Bi2Ti2O7、Bi2MoO6、Bi4MoO9、Bi2Mo3O12、Bi3NbO7、BiNbO4、Bi4NbO8Br、BiFeO3、Bi25FeO40、Bi2Fe4O9、Bi2SeO5、Bi3TaO7、BiTaO4、Bi12SiO20、Bi2SiO5、Bi2O2SiO3、Bi2Sn2O7、Bi12GeO20、Bi24Ga2O39、Bi2ZnWO7、Bi2O2CO3、BiPO4、分解水、裂解水、水污染、水净化、净水、废水、污水、废液、饮用水、水系统、水质、C02F1/30。经过人工清洗与申请号合并所得的专利596件。

2 技术功效分析

技术功效分析是对专利技术内容进行深层分析的有效方法，其按照特定技术领域专利的技术与功效两个维度构建矩阵图，清晰地展示出特定技术领域的技术密集区、稀疏区和空白区。本文通过技术功效分析的方法梳理污水处理领域铋系金属/非金属氧酸盐的中国专利技术、功效情况，如图1所示。

由图1可知，目前污水处理领域铋系金属/非金属氧酸盐中国专利技术主要在于光催化剂的制备与污水降解，在技术方面，包括共沉淀法、复合、异质结、微波辅助法、掺杂、水热法、溶剂热法、溶胶凝胶法、离子交换法、负载、超声辅助法、静电纺丝法、原位生成、煅烧等。专利技术表现如下：（1）单一的铋系金属/非金属氧酸盐光催化效果有限，通常以复合的方式，或者异质结的方式来提高光催化性能，异质结指的是两种不同的半导体相接触所形成的界面区域。如专利“一种钒酸铋、三氧化二铁和铁酸锌三元异质结构纳米纤维光催化剂及制备方法”（CN111229241A）以钒酸铋、三氧化二铁和铁酸锌三元异质结构作为光催化剂。（2）在光催化剂中掺杂过渡金属、贵金属、稀土金属、非金属等，比如Fe、Cu、Ag等，来提高光催化活性，当掺杂Fe时，光催化结束时可通过磁体吸附，方便回收来提高重复利用能力。（3）光催化剂制备方法上，水热法、溶剂热法、超声法较为集中，静电纺丝、共沉淀等技术较少。

图1 技术功效图

在功效方面，铋系金属/非金属氧酸盐表现如下：（1）降解的污染类型，如降解有机物苯酚、双酚A等，降解印染废水中的罗丹明B、亚甲基蓝、亚甲基橙等，降解医药废水中的四环素、环丙沙星等，对于引起水体富营养化的微囊藻毒素也有降解作用；（2）在制备工艺上功效较为集中，体现为制备复杂性降低、制备的温度温和、环境友好而不产生制备的二次污染、周期短、成本低廉、材料易得且来源广泛，从而降低能源消耗、提高工业化生产等；（3）在光催化剂形貌上，形貌可控、尺寸均匀、比表面积增大，从而提供更多的活性位点，使得光催化剂能接触充分；（4）光生电子方面，功效表现为光生电子—空穴复合率降低、光生电子—空穴分离效率提高、电子传输速率提高、电子寿命提高等；（5）光吸收上，表现在光响应范围扩大、光吸收能力提高等；（6）光催化性能上，表现为易于回收，从而使得重复利用率提高、稳定性提高、安全性提高、反应速度提高、光催化活性与效率提高等。

综合技术功效来看，对于各种技术来说，主要的功效在于光催化剂制备工艺复杂性与控制成本降低，通过改变形貌增大比表面积、降解罗丹明B以及抗生素、强调光催化剂的重复利用；在光催化性能上，注重光催化活性的提高。技术功效图的稀疏及空白区通过静电纺丝法、共沉淀法等制备光催化剂，提高光催化剂的分散性、缩短制备周期等，对于降解污染物的多元化也有待进行进一步的专利布局。

3 结语

通过对我国污水处理领域铋系金属/非金属氧酸盐专利技术功效进行分析，可得到以下结论：污水处理领域铋系金属/非金属氧酸盐光催化技术主要应用于降解印染废水（降解罗丹明B、甲基橙等）、医药废水（降解四环素、环丙沙星等）、重金属废水（六价铬等），水热法、溶剂热法、超声法等技术较为集中，功效上还是较多地集中在制备简单化、降低光生电子—空穴复合率、提高光催化活性上。在以后的专利布局上，可以多参考静电纺丝法、共沉淀法等制备光催化剂，提高光催化剂的分散性、缩短制备周期等。