一种球状钨酸铋负载氧化铋‑氧化钛复合光催化剂及其制备方法与应用与流程

文档序号：11241108阅读：2120来源：国知局

本发明属于催化剂领域，具体涉及一种球状钨酸铋负载氧化铋-氧化钛复合光催化剂。

背景技术：

bi2wo6作为一种新型的可见光光催化剂，禁带宽度为2.7ev左右，是一种潜在的可见光材料。kudo等利用bi2wo6催化剂光解水产生h2和o2，zou等发现bi2wo6在可见光条件下能够有效矿化chcl3和ch3cho等有害物质，而bi2wo6能吸收可见光与其结构密切相关。bi2wo6作为最简单的层状钙钛矿是由bi2o2²⁺和wo6^2-交替排列，wo6^2-形成正八面体的类钙钛矿结构，导带由w的5d轨道组成,价带由bi的6s和o的2p轨道共同组成。由于bi的6s轨道能和o的2p轨道杂化，使催化剂的价带电位升高，禁带宽度减小，从而有助于提高催化剂的可见光催化活性。

tio2作为一种n型半导体材料，因其氧化能力强，毒性低，结构稳定以及价格低廉，在有机污染物降解，表面自清洁和二氧化碳减少等方面已得到最为广泛的应用。然而tio2光催化剂自身也存在一定缺陷，如光催化反应效率低，光生电子易与空穴复合，量子产率低；带隙相对较宽(3.0~3.2ev)，只能被400nm以下的紫外光激发，利用极少部分的太阳能等。为此，研究人员着力于寻求各种方法，在保留tio2特性的同时，克服自身缺点。研究人员通过对tio2进行过渡金属离子掺杂、贵金属表面沉积、半导体复合、非金属掺杂及共掺杂等操作，改善了tio2催化剂对可见光的利用率，其中由于bi2o3的光敏效应窄能隙，掺杂有bi2o3的tio2已被证明是一种在可见光照射下获得显著光催化活性的有效方法。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种具有较高催化氧化活性的新型光催化剂。

为了达到上述目的，本发明提供了一种球状钨酸铋(bi2wo6)负载氧化铋(bi2o3)-氧化钛(tio2)复合光催化剂，该复合光催化剂为球状，以钨酸铋为载体，其上负载掺杂有氧化铋的氧化钛；钨酸铋、氧化铋、氧化钛的物质的量比为3-48:6:68，优选物质的量比为3-24:6:68，最佳物质的量比为6:6:68。

本发明还提供了上述复合光催化剂的制备方法：将无水乙醇和冰醋酸混合，并加入硝酸铋固体，搅拌溶解形成溶液c，将丙三醇和钛酸四丁酯混合组成溶液d，再将溶液c直接滴加至溶液d中，边滴定边搅拌，滴加完成后加入花状bi2wo6粉末，经超声和静置处理直至形成凝胶，再将该凝胶烘干研磨，并焙烧制得所述球状bi2wo6/bi2o3-tio2复合光催化剂；所述无水乙醇、丙三醇、冰醋酸和钛酸四丁酯体积比为5:5:1:2，钛酸四丁酯、硝酸铋和花状bi2wo6物质的量比为68:12:3-48，优选物质的量比为68:12:3-24。

具体步骤如下：

(一)花状bi2wo6的制备

步骤1：将硝酸铋固体溶于的硝酸溶液中，磁力搅拌至形成透明溶液a；再将钨酸钠固体溶于氢氧化钠溶液中，磁力搅拌至形成透明溶液b，再将溶液a缓慢滴加至溶液b中，产生白色沉淀物，以形成悬浊液，待滴加完毕后继续超声30min，滴加碱性溶液调节ph至6.0，并将该悬浊液转移至不锈钢反应釜中进行，加蒸馏水至聚四氟乙烯内胆体积的80%，并经一定温度的水热处理，热处理结束后，自然冷却，抽滤洗涤，干燥研磨制得花状bi2wo6粉末。

步骤1中硝酸溶液浓度为4.0mol/l，氢氧化钠溶液浓度为2.0mol/l，所述碱性溶液为氨水溶液，浓度为4.0mol/l，所述硝酸铋与钨酸钠的物质的量比为2:1；水热温度为160~180℃、24h保温；干燥温度为80℃、6h；

(二)球状bi2wo6/bi2o3-tio2复合光催化剂的制备

步骤2：将无水乙醇和冰醋酸混合，并加入少量硝酸铋固体，搅拌溶解形成溶液c，将丙三醇和钛酸四丁酯混合组成溶液d，再将溶液c直接滴入溶液d中，边滴定边搅拌，滴加完成后加入一定量步骤1中所制花状bi2wo6粉末，经超声和静置处理直至形成溶胶-凝胶，再将该凝胶烘干研磨以及焙烧制得球状bi2wo6/bi2o3-tio2复合光催化剂。

步骤2中无水乙醇、丙三醇、冰醋酸和钛酸四丁酯体积比为5:5:1:2，钛酸四丁酯、硝酸铋和花状bi2wo6物质的量比为68:12:3-48，即所得样品中bi2wo6/bi2o3-tio2质量比为0.25-4：1，优选钛酸四丁酯、硝酸铋和花状bi2wo6物质的量比为68:12:3-24，即所得样品中bi2wo6/bi2o3-tio2质量比为0.25-2:1，钛酸四丁酯、硝酸铋和花状bi2wo6物质的量比最佳为68:12:6，即所得样品中bi2wo6/bi2o3-tio2质量比为0.5:1。干燥温度为80℃、6h，煅烧温度为450~550℃、9h。

本发明还提供了上述复合光催化剂在降解空气中有机污染物方面的应用，尤其在降解室内空气中甲醛方面的应用。

本发明相比现有技术具有以下优点：

本发明制备得到的复合光催化剂为球状结构，具有比表面积大、催化氧化活性高、性能稳定、重复性好、产量高、价格低廉等特点，可在普通节能灯照射下催化降解室内甲醛至我国居室空气甲醛最高容许浓度以下，具有显著的催化氧化活性。经实验验证0.4g催化剂在36w普通节能灯照射下，36h可将反应器体积为0.2m³，浓度为1.033mg/m³甲醛降至0.080mg/m³以下，达到室内空气质量标准（gb/t18883-2002），催化转化率达到92.2%。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的花状bi2wo6光催化剂的扫描电镜图；

图2为本发明实施例2制备的球状bi2wo6/bi2o3-tio2复合光催化剂扫描电镜图；

图3为本发明实施例2制备的球状bi2wo6/bi2o3-tio2复合光催化剂催化氧化甲醛活性图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

步骤1：花状bi2wo6的制备

将2.42g硝酸铋固体溶于的20ml，4.0mol/lhno3溶液中，磁力搅拌至形成透明溶液a；再将0.82g钨酸钠固体溶于30ml，2.0mol/lnaoh溶液中，磁力搅拌至形成透明溶液b，再将溶液a缓慢滴加至溶液b中，产生白色沉淀物，以形成悬浊液，待滴加完毕后继续搅拌30min，滴加4.0mol/l氨水碱溶液调节ph至6.0，并将该悬浊液转移至不锈钢反应釜中进行，加蒸馏水至聚四氟乙烯内胆体积的80%，并经160℃、24h的水热处理，热处理结束后，自然冷却，抽滤洗涤，80℃、6h干燥，并研磨制得花状bi2wo6粉末，其花状bi2wo6扫描电镜图如图1所示。