水热法合成可见光催化剂SnWO₄的方法

专利名称：：水热法合成可见光催化剂SnWO₄的方法
技术领域：
：本发明涉及一种光催化剂的合成，尤其是可见光催化剂的合成，具体的说是一种可见光催化剂SnW04(钨酸亚锡)的合成方法。
背景技术：
：光催化正式在环境保护与治理上的应用研究开始于20世纪70年代后期。Fank和Bard关于水中氰化物在Ti02上的光分解研究以及Carey等关于多氯联苯在Ti02/紫外光下的降解研究，为光催化的迅速发展起到了极大的推动作用。光催化技术利用半导体材料在光照下表面能激活化的特性，利用光能可有效地氧化分解有机物、还原重金属离子、杀灭细菌和消除异味。由于光催化技术可利用太阳能在室温下发生反应，比较经济；目前关于光催化剂对各种有机物氧化降解的普适性已经成为共识，虽然不同的有机物由于结构、组成上的差异在降解活性上有一些差别，但总体上看光催化基本上是一个没有选择性的化学过程。所以未来光催化研究应该集中在机理的深刻认识、光响应范围宽和量子效率高的催化剂的制备、光催化技术工程化和新型的光催化产品开发等四个方面。为了更有效地利用太阳光，扩大光催化剂的光响应范围，研究在可见光下具有高效光催化活性的催化材料非常有意义，寻求廉价、环境友好并具有高性能的可见光光催化材料将是光催化发展进一步走向实用化的必然趋势。目前国内对于新型的可见光催化剂的研究较少，目前报道可见光催化剂的SnW04的合成方法只有固相合成法。固相合成法(参见In-S皿Cho，ChaeHy皿Kwak，DongWookKim，SangwookLee，andKugSimHong.Photophysical，PhotoelectrochemicalandPhotocatalyticPropertiesofNovelSnW04OxideSemiconductorswithNarrowBandGaps*JPhysChemC2009(113):1064710653)，该法是以Sn0和W03机械混合后直接在800。C高温下烧结一定时间得到光催化剂SnW04(钨酸亚锡)，该方法合成条件苛刻，反应温度高，对设备要求高，能耗高，先驱材料的混合缺乏均匀性，合成催化剂产品颗粒粒径较大，分布不均匀，比表面积较小，需分解、降解的污染物在催化剂表面的吸附较小，从而可见光催化的活性不高。综上所述，现有的方法对设备要求高、能耗高，操作复杂，条件苛刻，故需要开发简单低能耗的合成方法，能够合成具有高活性的可见光催化剂SnW0j钨酸亚锡)，能在可见光照射下分解降解有机物，长期发展具有较好的环境效益和经济效益。
发明内容本发明的目的是使用新的合成方法，合成具有高可见光催化活性的SnW04(钨酸亚锡)，实现难降解有机物的可见光降解。本发明目的可以通过以下技术方案达到—种可见光催化剂SnW04(鸨酸亚锡)的合成方法，其步骤如下(A)按物质的量的理论比例为1:1，分别称取SnCl22H20和Na2W042H20固体;(B)将SnCl22H20和Na2W042H20分别加入到等量去离子水中溶解，溶解后将两溶液混合，充分搅拌得到淡黄色的乳状沉淀；(C)将步骤B得到的含有淡黄色的乳状沉淀的反应混合物在密封状态下120180。C反应24h。(D)将反应后得到的红褐色的沉淀进行过滤收集、洗涤、烘干、碾磨，得到可见光催化剂SnW04。上述的可见光催化剂SnW04的合成方法，其特征是所述的步骤(B)中，去离子水的用量为每毫摩尔的SnCl2*21120固体和每毫摩尔的化,04*21120固体各用去离子水10111112ml溶解。上述的可见光催化剂SnW04的合成方法，其特征是所述的步骤(B)中充分搅拌是将混合物在常温磁力搅拌30min，再置于超声反应器中超声30min使其充分混合。可以将上述制得的SnW04(钨酸亚锡)光催化剂以一定量加入到目标污染物溶液中，先暗反应30min，然后在可见光照射下反应，进行目标污染物可见光降解。本发明方法合成可见光催化剂SnW04(钨酸亚锡)相对现有方法而言具有以下优点(1)通过改变水热反应环境，可得到不同结构和形貌的纳米粉体，通过控制水热反应条件(前驱物形式、反应温度、反应时间等)，可得到不同粒度的产物。(2)本发明中使用的预超声处理，设备简单，效果明显。通过超声空化作用，使得反应混合物均匀分散，减小催化剂的粒径，扩大比表面积，能够提高催化剂的光催化活性。(3)水热法可直接得到结晶良好的粉体，无需经过高温煅烧晶化，减少了在煅烧过程中难以避免的粉体硬团聚，并且降低了能耗。(4)水热法合成温度较低，对设备要求低。(5)本发明的方法制得的光催化剂SnW04(钨酸亚锡)活性高。具体实施方式实施例一首先称取2mmo1的SnCl22H20和2mmo1的Na2W042H20固体，分别加入20ml的去离子水，在磁力搅拌下，将钨酸钠溶液慢慢加入到氯化亚锡溶液中，磁力搅拌30min，再置于超声反应器中超声反应30min使混合物充分混合，将处理后的混合物移入到聚四氟乙烯的反应罐中，置于不锈钢反应釜中，密封放入烘箱中，溶剂热反应温度120°C，水热反应24h后，从烘箱中取出反应釜，待冷却到室温后，取出聚四氟乙烯反应罐，得到红褐色沉淀，将沉淀通过装有0.45m滤膜的滤斗过滤，并用蒸馏水和无水乙醇反复洗涤沉淀，然后将沉淀连同滤斗一起放入烘箱中8(TC恒温干燥6h，待烘干后用玛瑙钵研细后备用，称取0.300g上述催化剂，加入到200ml初始浓度为20.66mg/l的甲基橙溶液中，暗反应30min后浓度为20.57mg/l，然后用日光镝灯照射，光源功率400w，离液面15cm，定时取样，用752-N型紫外-可见分光度计测量样品的吸光度，根据甲基橙的标准曲线，计算光催化反应后不同时间的溶液浓度，光催化反应120min后，染料甲基橙的浓度为4.45mg/l，甲基橙总去除率达到了78.45%。实施例二溶剂热反应在14(TC下进行，其它合成条件同实施例一，称取0.300g制得的催化4剂，加入到200ml初始浓度为20.63mg/l的甲基橙溶液中，其它反应条件相同，暗反应30min后，染料甲基橙的浓度为20.43mg/l，光催化反应120min后，染料甲基橙的浓度为2.40mg/l，染料总去除率达到了88.37%。实施例三溶剂热反应在16(TC下进行，其他合成条件通实施例一，取0.300g制得的催化剂，加入到200ml初始浓度为20.55mg/l的甲基橙溶液中，其他反应条件相同，暗反应后30min，甲基橙的浓度为21.17mg/l，光催化反应120min后，染料甲基橙的浓度为0.96mg/l，甲基橙的总去除率达到了95.33%。实施例四溶剂热反应在18(TC下进行，其他合成条件同实施例一，称取0.300g制得的催化剂，加入到200ml初始浓度为21.33mg/l的甲基橙溶液中，其他反应条件相同，暗反应30min后，甲基橙的浓度为21.17mg/l，光催化反应120min后，染料甲基橙的浓度为6.18mg/l，甲基橙的总去除率达到了71.05%。不同温度下合成的光催化剂对目标污染物甲基橙的光照降解120min后的去除率达70%以上，其中在16(TC下合成的催化剂，对目标污染物甲基橙的去除率达95.33^，见下表1，因而，该发明具有良好的环境效益。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>权利要求水热法合成新型可见光催化剂SnWO4，其特征是它由如下步骤组成(A)按物质的量的理论比例为1∶1，分别称取SnCl2·2H2O和Na2WO4·2H2O固体；(B)将SnCl2·2H2O和Na2WO4·2H2O分别加入到等量去离子水中溶解，溶解后将两溶液混合，充分搅拌得到淡黄色乳状沉淀；(C)将步骤B得到的含有淡黄色的乳状沉淀的反应混合物在密封状态下120～200℃反应24h(D)将反应后得到的红褐色的沉淀进行过滤收集、洗涤、烘干、碾磨，得到可见光催化剂SnWO4。2.根据权利要求1所述的可见光催化剂SnW04的合成方法，其特征是所述的步骤(B)中，去离子水的用量为每毫摩尔的SnCl22H20固体和每毫摩尔的Na2W042H20固体各用去离子水10ml12ml溶解。3.根据权利要求1所述的可见光催化剂SnW04的合成方法，其特征是所述的步骤(B)中充分搅拌是将混合物在常温磁力搅拌30min，然后再置于超声反应器中超声30min使其充分混合。全文摘要一种可见光催化剂SnWO4(钨酸亚锡)的合成方法，它是将等物质的量的SnCl2·2H2O和Na2WO4·2H2O分别加到等量去离子水中溶解，溶解后将两溶液混合，充分搅拌得到淡黄色的乳状沉淀，得到的含有淡黄色的乳状沉淀的反应混合物在密封状态下120～200℃反应24h，将反应后得到的红褐色的沉淀进行过滤收集、洗涤、烘干、碾磨，得到可见光催化剂SnWO4。本发明中使用预超声处理，设备简单，通过超声空化作用，使得反应混合物均匀分散，减小催化剂的粒径，扩大比表面积，能够提高催化剂的光催化活性。水热法可直接得到结晶良好的粉体，无需经过高温煅烧晶化，水热法合成温度较低，对设备要求低。本发明的方法制得的光催化剂SnWO4(钨酸亚锡)活性高。文档编号A62D101/28GK101745381SQ200910233388公开日2010年6月23日申请日期2009年10月27日优先权日2009年10月27日发明者刘景亮,安风霞,张丽,许岳泰,陈亚,陈建林申请人:南京大学