专利名称：采用高温微波水热法制备高光催化活性钨酸铋粉体的方法
技术领域：
本发明属于功能材料领域，涉及一种采用高温微波水热法制备高光催化活性钨酸铋粉体的方法。
背景技术：
1972年Fujishima等发表了 TiO2单晶电解水制氢的研究论文后，光催化反应引起了化学、物理、材料、环境保护等领域许多学者的重视。从本质上说，光催化技术是利用光来激发半导体，利用它们产生的电子和空穴来参加氧化-还原反应。光催化材料能利用太阳能将水转化为氢能，以及降解环境中的有机污染物，具有成本低，高效，不产生二次污染等优点，在解决当前能源以及环境问题方面具有广阔的应用前景。TiO2以其优异的抗化学和光腐蚀性能、价格低廉等优点成为过去几十年来最重要的光催化剂，然而由于受T^2本身能带较高的限制，对日光的利用率不高，近些年来开发能直接利用太阳光的新型光催化剂成为了环境领域研究的热点。钨酸盐作为一种新型光催化剂具有很好的光学性能以及电子复合中心少的特点。 且有研究发现纳米片Bi2WO6光催化剂是光稳定的，不存在光腐蚀现象。研究新型纳米片状材料的光催化机理发现，与传统的TW2光催化剂光催化反应机理有所不同，在其光催化降解过程中，主要是空穴的直接氧化作用，自由基的作用非常小。Bi2WO6光催化剂同时具有很好的紫外和可见光催化性，可以同时利用太阳光中的紫外光和可见光，具有很好的环境净化应用前景。水热法是指在特制的密闭反应器(高压釜)中，采用水溶液作为反应体系，通过对反应体系加热、加压(或自生蒸气压)，创造一个相对高温、高压的反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解并且重结晶而形成无机固相材料。微波通常是指波长为Imm到0. Imm范围内的电磁波，其相应的频率范围为 300MHz 300GHz。微波作用的本质是电磁波对带电粒子的作用，是物质在外加电磁场作用下内部介质极化产生的极化强度矢量滞后于电场变化而导致与电场同相的电流产生，导致了材料的内耗。由于此种能量来自反应物溶剂内部，本身不需要传热媒体，不靠对流，样品温度便可以很快上升，从而可以全面、快速、均勻地加热反应物溶剂，达到提高化学反应速率的目的。微波除了有热效应外还有非热效应，可以有选择性地加热，从而使化学反应具有一定的选择性。微波水热法以微波作为加热方式，结合传统的水热法来制备纳米粉体或陶瓷粉体的一种新方法。微波水热法具有其它传统合成技术不可比拟的优点，如反应速度快、合成时间短、反应效率高、产品具有较高的纯度、窄的粒径分布等优点，因此适于推广到大规模的工业生产中去，在合成纳米材料、陶瓷材料等领域里显示了良好的发展态势和广阔的应用前景，已经受到各国广泛重视
发明内容
本发明的目的是提供一种采用高温微波水热法制备高光催化活性钨酸铋粉体的方法，该方法反应时间短，工艺简单、效率高、能耗低、成本低廉、对环境友好。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种采用高温微波水热法制备高光催化活性钨酸铋粉体的方法，包括以下步骤步骤1:按照Bi ff = 2 1的摩尔配比称取水溶性铋盐和钨盐溶于去离子水中， 配制成溶液，溶液中的铋离子浓度为0. 04 0. 2mol/L，钨离子浓度为0. 02 0. lmol/L ；步骤2 调节pH = 1. 5 3，室温磁力搅拌使原料混合均勻，得微波水热反应的前驱液；步骤3 将步骤2所得的前驱液放入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，再将反应釜放入微波水热反应仪中进行合成反应；步骤4 待反应完成后，冷却至室温，取出反应釜中的沉淀物，洗涤至中性后，恒温干燥，得到钨酸铋粉体。本发明进一步的改进在于所述水溶性铋盐和钨盐分别为Bi(NO3)3 · 5H20、 Na2WO4 · 2H20。本发明进一步的改进在于步骤3中微波水热反应的条件为温度为220°C下保温反应30 9Omins,反应压力为3. OMpa0本发明进一步的改进在于步骤3中微波水热反应仪的功率为300 500W。本发明进一步的改进在于步骤4中采用去离子水和无水乙醇将沉淀物洗涤至中性。本发明进一步的改进在于铋盐和钨盐为分析纯。本发明进一步的改进在于步骤4中恒温干燥的温度为80°C。本发明进一步的改进在于包括以下步骤步骤1 称取Bi (NO3) 3 · 5H20和Na2WO4 · 2H20放入烧杯中，向烧杯中加入适量去离子水配制成溶液，使 Bi (NO3) 3 · 5H20 浓度为 0. 05mol/L, Na2WO4 · 2H20 浓度为 0. 025mol/L ；步骤2 调节pH = 1. 6，室温磁力搅拌使原料混合均勻，得微波水热反应的前驱液；步骤3 将步骤2所得的前驱液放入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，再将反应釜放入微波水热反应仪中，设定功率300W，在温度为220°C下反应60mins，反应压力为3. OMpa ；步骤4 待反应温度降至室温后，取出反应釜中的沉淀物；用水和无水乙醇将沉淀物洗涤至中性；在80°C下干燥即得钨酸铋粉体。相对于现有技术，本发明高温微波水热法制备高光催化活性钨酸铋粉体的方法至少具有以下优点本发明方法装置简单、反应时间短(反应时间60min左右)，在相对高温 220°C、高压3. OMpa合成了光催化活性很高钨酸铋粉体，在其参与催化降解下浓度为5mg/L RhB溶液用350W氙灯照射40min后降解率达97%以上，高于Meng Shang采用水热法制备 N掺杂的钨酸铋粉体，在N掺杂粉体催化降解下浓度为10_5mol/L (约4. 79mg/L) RhB溶液用 500W氙灯照射40min后降解率约96 %，是一种工艺简单、高效率、低能耗、成本低廉的环境友好型的制备方法。
图1是本发明220 °C合成钨酸铋粉体XRD图(压力为3.0Mpa，反应时间为 60mins)；图2是本发明220°C合成钨酸铋粉体SEM图(压力为3. OMpa，反应时间为60mins)。图3是本发明220°C合成钨酸铋粉体降解罗丹明B溶液的紫外-可见光谱随时间的变化曲线图(压力为3.0Mpa，反应时间为60mins，光源350W氙灯，MiB溶液浓度5mg/ L，每50mlRhB溶液加入0. 05g催化剂)。
具体实施例方式实施例1 步骤1 称取Bi (NO3) 3 · 5H20和Na2WO4 · 2H20放入烧杯中(所用原料均为分析纯)，向烧杯中加入适量去离子水使Bi (NO3) 3 · 5H20浓度为0. 05mol/L, Na2WO4 · 2H20浓度为 0.025mol/L ；步骤2 调节pH = 1. 6，室温磁力搅拌1小时使原料混合均勻，得微波水热反应的前驱液；步骤3 将步骤2所得的前驱液放入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，再将反应釜放入微波水热反应仪MDS-8中，设定功率300W，在温度为220°C下反应60mins，测定压力为 3. OMpa ；步骤4 待反应温度降至室温后，取出反应釜中的沉淀物；用水和无水乙醇将沉淀物洗涤至中性；在80°C下干燥10小时，取出即得钨酸铋粉体，待测。实施例2步骤1 称取Bi (NO3) 3 ‘ 5H20和Na2WO4 · 2H20放入烧杯中(所用原料均为分析纯)，向烧杯中加入适量去离子水使Bi (NO3) 3 · 5H20浓度为0. 04mol/L, Na2WO4 · 2H20浓度为 0.02mol/L ；步骤2 调节pH = 2. 6，室温磁力搅拌1. 5小时使原料混合均勻，得微波水热反应的前驱液；步骤3 将步骤2所得的前驱液放入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，再将反应釜放入微波水热反应仪MDS-8中，设定功率350W，在温度为220°C下反应30mins，测定压力为 3. OMpa ；步骤4 待反应温度降至室温后，取出反应釜中的沉淀物；用水和无水乙醇将沉淀物洗涤至中性；在80°C下干燥8小时，取出即得钨酸铋粉体。实施例3 步骤1 称取Bi (NO3) 3 · 5H20和Na2WO4 · 2H20放入烧杯中(所用原料均为分析纯)，向烧杯中加入适量去离子水使Bi (NO3) 3 · 5H20浓度为0. 15mol/L, Na2WO4 · 2H20浓度为 0.075mol/L ；步骤2 调节pH = 1. 5，室温磁力搅拌2小时使原料混合均勻，得微波水热反应的前驱液；步骤3 将步骤2所得的前驱液放入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，再将反应釜放入微波水热反应仪MDS-8中，设定功率450W，在温度为220°C下反应80mins，测定压力为 3. OMpa ；
步骤4 待反应温度降至室温后，取出反应釜中的沉淀物；用水和无水乙醇将沉淀物洗涤至中性；在80°C下干燥10小时，取出即得钨酸铋粉体。实施例4步骤1 称取Bi (NO3) 3 ‘ 5H20和Na2WO4 · 2H20放入烧杯中(所用原料均为分析纯)，向烧杯中加入适量去离子水使Bi (NO3) 3 · 5H20浓度为0. 2mol/L, Na2WO4 · 2H20浓度为 0.lmol/L ；步骤2 调节pH = 3，室温磁力搅拌2小时使原料混合均勻，得微波水热反应的前驱液；步骤3 将步骤2所得的前驱液放入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，再将反应釜放入微波水热反应仪MDS-8中，设定功率500W，在温度为220°C下反应90mins，测定压力为 3. OMpa ；步骤4 待反应温度降至室温后，取出反应釜中的沉淀物；步骤5 用水和无水乙醇将沉淀物洗涤至中性；在80°C下干燥10小时，取出即得钨酸铋粉体。以XRD测定粉体的物相组成结构，如图1所示，可以看出实施例1制备的高光催化活性钨酸铋粉体具有纯钨铋矿结构，以SEM测定粉体的微观形貌，如图2所示，粉体形貌为由薄片组成的玫瑰花，以MiB溶液为目标降解物测定粉体的光催化活性，其光源为350W氙灯，RhB溶液浓度为5mg/L，每50mlI hB溶液加入0. 05g催化剂，以高温微波水热方法制备的高光催化活性钨酸铋粉体作催化剂时罗丹明B溶液的紫外-可见光谱随时间的变化曲线图见如图3，由图可知，罗丹明B在552nm，随着光照时间的延长，最大吸收波长从552nm 移到500nm处，最大吸收波长处的吸光度逐渐降低，悬浮液颜色由粉红色变为浅绿色，光照 40min时，罗丹明B降解率达到97%以上，粉体光催化活性很高；高于Meng Siang采用水热法制备N掺杂的钨酸铋粉体，在N掺杂粉体催化降解下浓度为10_5mol/L (约4. 79mg/L) RhB 溶液用500W氙灯照射40min后降解率约96%。以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
权利要求
1.一种采用高温微波水热法制备高光催化活性钨酸铋粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1:按照Bi W = 2 1的摩尔配比称取水溶性铋盐和钨盐溶于去离子水中，配制成溶液，溶液中的铋离子浓度为0. 04 0. 2mol/L，钨离子浓度为0. 02 0. lmol/L ；步骤2 调节pH= 1. 5 3，室温磁力搅拌使原料混合均勻，得微波水热反应的前驱液；步骤3 将步骤2所得的前驱液放入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，再将反应釜放入微波水热反应仪中进行合成反应；步骤4:待反应完成后，冷却至室温，取出反应釜中的沉淀物，洗涤至中性后，恒温干燥，得到钨酸铋粉体。
2.根据权利要求1所述的一种采用高温微波水热法制备高光催化活性钨酸铋粉体的方法，其特征在于，所述水溶性铋盐和钨盐分别为Bi(NO3)3 · 5H20、Na2WO4 · 2H20。
3.根据权利要求1所述的一种采用高温微波水热法制备高光催化活性钨酸铋粉体的方法，其特征在于，步骤3中微波水热反应的条件为温度为220°C下保温反应30 90mins,反应压力为3. OMpa0
4.根据权利要求3所述的一种采用高温微波水热法制备高光催化活性钨酸铋粉体的方法，其特征在于，步骤3中微波水热反应仪的功率为300 500W。
5 根据权利要求1所述的一种采用高温微波水热法制备高光催化活性钨酸铋粉体的方法，其特征在于，步骤4中采用去离子水和无水乙醇将沉淀物洗涤至中性。
6.根据权利要求1所述的一种采用高温微波水热法制备高光催化活性钨酸铋粉体的方法，其特征在于，铋盐和钨盐为分析纯。
7.根据权利要求1所述的一种采用高温微波水热法制备高光催化活性钨酸铋粉体的方法，其特征在于，步骤4中恒温干燥的温度为80°C。
8.根据权利要求1所述的一种采用高温微波水热法制备高光催化活性钨酸铋粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1 称取Bi (NO3)3 · 5H20和Na2WO4 · 2H20放入烧杯中，向烧杯中加入适量去离子水配制成溶液，使 Bi (NO3) 3 · 5H20 浓度为 0. 05mol/L, Na2WO4 · 2H20 浓度为 0. 025mol/L ；步骤2 调节pH = 1. 6，室温磁力搅拌使原料混合均勻，得微波水热反应的前驱液；步骤3 将步骤2所得的前驱液放入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，再将反应釜放入微波水热反应仪中，设定功率300W，在温度为220°C下反应60mins，反应压力为3. OMpa ；步骤4 待反应温度降至室温后，取出反应釜中的沉淀物；用水和无水乙醇将沉淀物洗涤至中性；在80°C下干燥即得钨酸铋粉体。
全文摘要
本发明提供了一种采用高温微波水热法制备高光催化活性钨酸铋粉体的方法，其以五水硝酸铋为Bi源，二水钨酸钠为W源，将五水硝酸铋和二水钨酸钠按照Bi∶W＝2∶1的摩尔配比溶于去离子水，调节pH＝1.5～3，室温磁力搅拌1～2小时使原料混合均匀，得微波水热反应的前驱液，然后将前驱液移入反应釜，采用微波水热法在220℃反应30～90mins，测定压力为3.0Mpa，反应停止后取出反应釜，收集沉淀物，清洗后干燥即可。本发明方法在相对高温220℃、高压3.0Mpa合成钨酸铋粉体，所制得的钨酸铋粉体在可见光下具有高光催化活性；且本发明反应时间短，大概需要50～60min，能耗低，对环境友好。
文档编号B01J37/34GK102553568SQ201110449858
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月19日 优先权日2011年12月19日
发明者宋丽花, 谈国强 申请人:陕西科技大学