一种车轮状三维分级结构钨酸铋光催化剂的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种车轮状三维分级结构钨酸铋光催化剂的制备方法，属于光催化领域。其主要特征是以铋盐、钨盐、硫酸盐为主要原料，通过简单的水热法得到了车轮状三维分级结构钨酸铋光催化剂，所制备的催化剂具有高效的可见光催化活性。制备步骤为：①将铋盐先溶解在一定浓度的硝酸溶液中，再与计量比的钨盐水溶液混合，搅拌均匀。②配制一定浓度的硫酸盐水溶液，缓慢加入步骤①所得的溶液中，充分搅拌后装入反应釜中进行水热反应，将所得产物进行洗涤、离心、烘干后得到车轮状钨酸铋光催化剂。该方法工艺简单，成本低廉，制备的车轮状三维分级结构钨酸铋光催化剂具有很高的可见光催化活性。
【专利说明】
一种车轮状三维分级结构钨酸铋光催化剂的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光催化领域，涉及采用水热法制备车轮状三维分级结构钨酸铋光催化材料，通过原料种类和加入量的调控，可实现车轮状三维分级结构钨酸铋光催化材料的成功制备，并且所得车轮状三维分级结构钨酸铋光催化剂具有高效的可见光催化活性。
【背景技术】
[0002]环境污染的治理是当今人类面临和亟需解决的焦点问题，特别是有毒、难降解有机污染物(如卤代物、农药、染料等)引起的环境问题已成为影响人类生存与健康的重大问题。光催化技术对有机污染物的净化具有能耗低、净化条件温和、无二次污染等优点而倍受重视，是一种具有广阔应用前景的绿色环境治理技术。光催化技术的关键在于光催化剂，以T12为代表的传统光催化材料带隙较宽，只能被紫外光激发，而且光生电子-空穴对容易复合，导致光催化效率较低。为了进一步使光催化技术走向实用化，充分发挥其在环境污染治理方面的优势，发展高效、高稳定性光催化材料体系是必然趋势。铋系光催化材料因具有特殊的层状结构和适当大小的禁带宽度而引起广泛的兴趣。目前已报道的铋系光催化剂主要包括氧化铋，齒氧化铋，铋的含氧酸盐以及复合型铋催化剂等。
[0003]作为新型光催化剂铋系列光催化剂的一种，钨酸铋(Bi2WO6)是一种具有层状结构的多元化合物，由WO6八面体共角形成板层，层间分布着一层[Bi2O2]2+^i2WO6是典型的铋系列光催化剂，它在环境污染治理及太阳能转换方面都表现出优异的可见光催化活性。Bi2WO6在可见光照射下的催化活性较高，可以裂解水产生02以及降解有机物(CHC1 3和CH 3CH0)。然而，这些利用高温固相法制备Bi2WO6材料的方法，不仅需要消耗大量的能源，并且得到的产物比表面积较小，尺寸较大，不利于光催化性质的提高。为改善固相法合成的缺陷，最近报道了用软化学法制备扮2胃06纳米材料，但在实际的光催化过程中，光催化剂纳米粉体存在尺寸小易团聚、不利于重复回收利用等缺点。然而三维分级结构的光催化剂有效的避免了纳米粉体的不利条件，其整体尺寸较大，但组成基元仍保持纳米尺度，既保持纳米尺度带来的高效催化效率，又有利于催化剂的回收利用，因此，构筑具有三维分级结构的钨酸铋光催化剂是具有重要意义的。本专利利用简单的水热法一步实现车轮状三维分级结构钨酸铋的制备，并对其高效的光催化性能进行了研宄。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种车轮状三维分级结构钨酸铋光催化剂的制备方法，该方法工艺简单、成本低廉，合成的钨酸铋光催化剂具有高效的光催化性能，并且利于回收利用。
[0005]一种车轮状三维分级结构钨酸铋光催化剂的制备方法，其特征在于:以铋盐、钨盐、硫酸钠为主要原料，通过简单水热法得到车轮状三维分级结构钨酸铋光催化剂，制备的光催化剂具有高效的可见光催化活性，利于回收利用，具体制备过程为:
[0006](I)将Immol铋盐溶解在I?1mL的2M稀酸水溶液中，形成透明溶液A，将计量比的钨盐溶于20mL去离子水中，并将其缓慢加入A溶液中，搅拌0.5?lh，形成的溶液记作B溶液；
[0007](2)将一定量的硫酸盐溶于1mL去离子水中，缓慢加入B溶液中，继续搅拌0.5?lh，然后转入50mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，150?200°C反应10?30h，将所得产物离心分离洗涤，并在50?100°C真空干燥，得到车轮状三维分级结构钨酸铋光催化剂。
[0008]本发明中所述的车轮状三维分级结构钨酸铋光催化剂的制备方法中提到的铋盐为硝酸铋、氯化铋中的一种，钨盐为钨酸钠、钨酸铵中的一种，稀酸为稀硝酸、稀盐酸中的一种。
[0009]本发明中所述的车轮状三维分级结构钨酸铋光催化剂的制备方法中提到的稀酸是根据铋盐的选择来确定，若铋盐选择硝酸铋则稀酸选择稀硝酸，若铋盐选择氯化铋则稀酸选择稀盐酸。
[0010]本发明中所述的车轮状三维分级结构钨酸铋光催化剂的制备方法中提到的硫酸盐为硫酸钠、硫酸钾、硫酸铵中的一种，硫酸盐加入量为0.2?2g。
[0011]本发明与现有技术相比，具有显著优点:
[0012](I)本发明采用简单的水热法，以简单易得的铋盐和钨盐为原料，通过硫酸盐的加入可实现车轮状三维分级结构钨酸铋的成功制备，该方法工艺简单，易操作，成本低廉。
[0013](2)本发明所制备的车轮状三维分级结构的钨酸铋光催化剂具有高效的光催化性能，并且其较大尺寸的三维分级结构利于回收利用。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1车轮状三维分级结构钨酸铋样品的扫描电子显微照片
[0015]图2车轮状三维分级结构钨酸铋样品的X-射线衍射花样
[0016]图3车轮状三维分级结构钨酸铋样品的光催化性能测试
【具体实施方式】
[0017]本发明一种车轮状三维分级结构钨酸铋光催化剂的制备方法，其特征在于:以铋盐、钨盐、硫酸钠为主要原料，通过简单水热法得到车轮状三维分级结构钨酸铋光催化剂，制备的光催化剂具有高效的可见光催化活性，利于回收利用，具体制备过程为:
[0018](I)将Immol铋盐溶解在I?1mL的2M稀酸水溶液中，形成透明溶液A，将计量比的钨盐溶于20mL去离子水中，并将其缓慢加入A溶液中，搅拌0.5?lh，形成的溶液记作B溶液；
[0019](2)将一定量的硫酸盐溶于1mL去离子水中，缓慢加入B溶液中，继续搅拌0.5?lh，然后转入50mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，150?200°C反应10?30h，将所得产物离心分离洗涤，并在50?100°C真空干燥，得到车轮状三维分级结构钨酸铋光催化剂。
[0020]为了更好的理解本发明，下面结合实例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不局限于下面所给出的实例。
[0021]实施方实例1:本发明一种车轮状三维分级结构钨酸铋光催化剂的制备方法，具体制备过程为:
[0022](I)将Immol硝酸铋溶解在5mL的2M稀硝酸水溶液中，形成透明溶液A，将计量比的钨酸钠溶于20mL去离子水中，并将其缓慢加入A溶液中，搅拌0.5h，形成的溶液记作B溶液；
[0023](2)将0.5g硫酸钠溶于1mL去离子水中，缓慢加入B溶液中，继续搅拌0.5h，然后转入50mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，180°C反应15h，将所得产物离心分离洗涤，并在60°C真空干燥，得到车轮状三维分级结构钨酸铋光催化剂。
[0024]经扫描电子显微镜对所制备钨酸铋样品的形貌进行了表征，如图1所示，所得到的样品均为由片状组装形成的车轮状三维分级结构，轮廓尺寸在1.5?3微米之间，样品只存较大，利于对光催化剂的回收利用。对所制备的车轮状三维分级结构样品的物相进行了表征，如图2所示，所有衍射峰都可指标为正交相钨酸铋(JCPDS N0.73-1126)。车轮状三维分级结构钨酸铋光催化剂的光催化性能是通过300W氙灯提供的可见光照射下降解罗丹明B (Rhodamine B，RhB)溶液来衡量的，具体的实验过程如下:称取50mg光催化剂加入浓度为10_5M的10mL RhB溶液中，将配好的溶液置于暗处搅拌分散2小时使其达到吸附平衡。然后将溶液进行光催化反应，每隔一定时间取约5mL的溶液，离心过滤掉催化剂，对其上清液进行颜色对比，如图3所示，光催化剂在70分钟内将RhB完全降解为无色，说明所制备的车轮状三维分级结构钨酸铋具有较高的可见光催化性能。
[0025]实施实例2:本发明一种车轮状三维分级结构钨酸铋光催化剂的制备方法，具体制备过程为:
[0026](I)将Immol氯化铋溶解在5mL的2M稀盐酸水溶液中，形成透明溶液A，将计量比的钨酸钠溶于20mL去离子水中，并将其缓慢加入A溶液中，搅拌0.5h，形成的溶液记作B溶液；
[0027](2)将Ig硫酸钠溶于1mL去离子水中，缓慢加入B溶液中，继续搅拌0.5h，然后转入50mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，180°C反应15h，将所得产物离心分离洗涤，并在50°C真空干燥，得到车轮状三维分级结构钨酸钠光催化剂。
[0028]实施实例3:本发明一种车轮状三维分级结构钨酸铋光催化剂的制备方法，具体制备过程为:
[0029](I)将Immol硝酸铋溶解在5mL的2M稀硝酸水溶液中，形成透明溶液A，将计量比的钨酸铵溶于20mL去离子水中，并将其缓慢加入A溶液中，搅拌0.5h，形成的溶液记作B溶液；
[0030](2)将2g硫酸铵溶于1mL去离子水中，缓慢加入B溶液中，继续搅拌0.5h，然后转入50mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，180°C反应16h，将所得产物离心分离洗涤，并在50°C真空干燥，得到车轮状三维分级结构钨酸铋光催化剂。
[0031]实施实例4:本发明一种车轮状三维分级结构钨酸铋光催化剂的制备方法，具体制备过程为:
[0032](I)将Immol硝酸铋溶解在5mL的2M稀硝酸水溶液中，形成透明溶液A，将计量比的钨酸钠溶于20mL去离子水中，并将其缓慢加入A溶液中，搅拌0.5h，形成的溶液记作B溶液；
[0033](2)将1.5g硫酸钠溶于1mL去离子水中，缓慢加入B溶液中，继续搅拌0.5h，然后转入50mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，160°C反应20h，将所得产物离心分离洗涤，并在50°C真空干燥，得到车轮状三维分级结构钨酸铋光催化剂。
【权利要求】
1.一种车轮状三维分级结构钨酸铋光催化剂的制备方法，其特征在于:以铋盐、钨盐、硫酸钠为主要原料，通过简单水热法得到车轮状三维分级结构钨酸铋光催化剂，制备的光催化剂具有高效的可见光催化活性，利于回收利用，具体制备过程为: (1)将lmmol铋盐溶解在1?10mL的2M稀酸水溶液中，形成透明溶液A，将计量比的钨盐溶于20mL去离子水中，并将其缓慢加入A溶液中，搅拌0.5?lh，形成的溶液记作B溶液； (2)将一定量的硫酸盐溶于10mL去离子水中，缓慢加入B溶液中，继续搅拌0.5?lh，然后转入50mL含聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，150?200°C反应10?30h，将所得产物离心分离洗涤，并在50?100°C真空干燥，得到车轮状三维分级结构钨酸铋光催化剂。
2.根据权利要求1所述的车轮状三维分级结构钨酸铋光催化剂的制备方法，其特征在于步骤(1)中提到的铋盐为硝酸铋、氯化铋中的一种，钨盐为钨酸钠、钨酸铵中的一种。
3.根据权利要求1所述的车轮状三维分级结构钨酸铋光催化剂的制备方法，其特征在于步骤(1)中提到的稀酸是根据铋盐的选择来确定，若铋盐选择硝酸铋则稀酸选择稀硝酸，若铋盐选择氯化铋则稀酸选择稀盐酸。
4.根据权利要求1所述的车轮状三维分级结构钨酸铋光催化剂的制备方法，其特征在于步骤(2)中提到的硫酸盐为硫酸钠、硫酸钾、硫酸铵中的一种，硫酸盐加入量为0.2?2g。
【文档编号】B01J23/31GK104445420SQ201410741112
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月9日 优先权日:2014年12月9日
【发明者】段芳, 张琴, 魏取福, 陈明清, 施冬健, 倪忠斌 申请人:江南大学