一种光催化降解VOCs催化剂的制备方法及其应用与流程

本发明属于光催化技术领域，具体涉及一种光催化降解vocs催化剂的制备方法及其应用。

背景技术：

在社会和经济快速发展的今天，人类赖以生存的环境遭受了不同程度污染的破坏，其中最亟待解决的问题就是资源和环境问题。近年来，半导体光催化技术的应用引起了人们的关注，光催化技术具有能耗低、实验条件温和无二次污染等特点而被广泛用于挥发性有机污染物的降解。传统的光催化剂如，tio2、zno等禁带宽度较，太阳光利用率低，只能4％可见光。急需要研发一种新型的可见光催化剂满足使用需要。

bi2wo6因其合适的禁带宽度，且在可见光下有较高的光催化活性，因此bi2wo6催化材料在去除挥发性有机污染物开辟了一条新的途径。

mos2是一种类似于石墨烯的二维层状的金属硫化物材料，具有高度各向异性，其性质稳定，常温下不会分解，纳米材料mos2具有层状三明治结构，能隙为1.9ev间接带隙。层内s-mo-s之间具有较强的共价键，层间的结合力是微弱的范德华力，层内是一层mo原子夹杂两层s原子，一个mo原子被6个原子包围,mos2吸附能力强，在光催化降解挥发性有机污染物也有较好的应用。

现有技术中采用的催化剂可见光利用率低，光催化剂的有效量子产率低等缺点限制了其进一步的应用。研究者通过对半导体进行改性，从而增加光催化材料的光响应区间以及增加有效光生载流子。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种光催化降解vocs催化剂的制备方法及其应用，该方法采用溶剂热法制备bi2wo6的同时加入mos2，可以能很大提高光催化降解vocs能力。

一种光催化降解vocs催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将质量分数为1%的聚乙烯吡咯烷酮混合溶于30ml乙二醇，磁力搅拌至完全溶解后，加入2.5mmolbi(no3)3·5h2o继续搅拌；同时将1mmolna2wo4·2h2o溶与20ml乙二醇，磁力搅拌至溶解；将上述na2wo4·2h2o的溶液滴加到bi(no3)3·5h2o的溶液中，磁力搅拌1h，将混合均匀得溶液a；

步骤2，mos2采用水热法制备

将1.2g的na2moo4·2h2o和1.6gnh2csnh2溶于80ml蒸馏水中，搅拌1h后，转入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中进行水热反应，水热温度180℃，水热时间24h，反应结束后，过滤分离得黑色沉淀，清洗沉淀后，干燥并研磨，将得到的产物溶于乙二醇中超声后得溶液b；

步骤3，按照mo:w的摩尔比为1:(2-10)的标准，将溶液b倒入溶液a中搅拌1h，转入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，水热温度140～200℃，水热时间16～48h，反应结束后，过滤分离得沉淀，洗涤沉淀，干燥并研磨，即得光催化降解vocs催化剂mos2/bi2wo6。

作为改进的是，步骤2和步骤3中过滤分离的转速为10000rpm，洗涤依次用无水乙醇和蒸馏水，洗涤次数为3次。

作为改进的是，步骤2和步骤3中干燥温度为60℃，干燥时间12h。

作为改进的是，步骤3中mo：w的摩尔比为1:5。

作为改进的是，步骤3中溶液b滴加的速率为20-30滴/min。

上述光催化降解vocs催化剂mos2/bi2wo6在可见光条件下催化降解vocs上的应用。

作为改进的是，所述应用时，光源采用1000w氙灯，距离反应系统上方10cm处。

原理：根据mos2与bi2wo6形成的复合材料表征结果，从xrd图中可以看出mos2与bi2wo6两者的成功结合，从xps图谱中可以看出，w4f和bi4f相比于纯bi2wo6，mos2/bi2wo6的衍射峰均有所偏移，表明复合复合材料形成异质结，增加光的吸收范围，促进电子-空穴的有效分离，从而提高bi2wo6的光催化活性。

有益效果：

与现有技术相比，本发明通过溶剂热法制备出mos2/bi2wo6材料，根据mos2与bi2wo6两者复合会形成异质结，增强光的吸收范围，促进电子-空穴的有效分离，有效提高了bi2wo6的光催化活性。因此，本发明所得到的光催化材料在形成的过程中其禁带宽度相对纯bi2wo6发生改变，提高了材料的催化性能。

附图说明

图1为本发明mo、w在不同的摩尔比下制备得mos2/bi2wo6的xrd图谱；

图2为实施例2制备的mos2/bi2wo6（1：5）的w4f和bi4f的结合能分析图谱，其中（a）为bi4fxps图谱，（b）为w4fxps图谱；

图3为实施例2制备的mos2/bi2wo6在可见光下光催化甲苯降解性能曲线；

图4为实施例2制备的mos2/bi2wo6的荧光光谱图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

一种光催化降解vocs催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，pvp(1%)混合溶于30ml乙二醇，磁力搅拌至溶解完全后加入2.5mmolbi(no3)3·5h2o继续搅拌；同时将1mmolna2wo4·2h2o溶与20ml乙二醇，磁力搅拌至溶解。将上述na2wo4·2h2o滴加到bi(no3)3·5h2o溶液，磁力搅拌1h，将其均匀混合得溶液a。

步骤2，mos2采用水热法制备

1.2g的na2moo4·2h2o和1.6gnh2csnh2溶于80ml蒸馏水，搅拌1h，然后将溶液放入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜，水热温度180℃，水热时间24h，通过以10000rpm的速度过滤分离黑色沉淀物，依次用无水乙醇和蒸馏水，重复洗涤3次，最后，干燥，研磨。将得到的产物溶于乙二醇中超声后得溶液b。

步骤3，按照mo:w的摩尔比为1:2的标准，以20滴/min的速度将溶液b滴入溶液a中搅拌1h，转入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜，水热温度140℃，水热时间48h，将得到的沉淀进行离心，离心速度为10000rpm，洗涤，60℃干燥12h，最后研磨，得到样品mos2/bi2wo6。

实施例2

一种光催化降解vocs催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，pvp(1%)混合溶于30ml乙二醇，磁力搅拌至溶解完全后加入2.5mmolbi(no3)3·5h2o继续搅拌；同时将1mmolna2wo4·2h2o溶与20ml乙二醇，磁力搅拌至溶解。将上述na2wo4·2h2o滴加到bi(no3)3·5h2o溶液，磁力搅拌1h，将其均匀混合得溶液a。

步骤2，mos2采用水热法制备，1.2g的na2moo4·2h2o和1.6gnh2csnh2溶于80ml蒸馏水，搅拌1h，然后将溶液放入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜，水热温度180℃，水热时间24h，通过过滤分离黑色沉淀物，洗涤，最后，干燥，研磨。将得到的产物溶于乙二醇中超声后得溶液b。

步骤3，按照mo:w的摩尔比为1:5的标准，以25滴/min的速度将溶液b滴入溶液a中搅拌1h，将溶液放入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜，水热温度160℃，水热时间16h，将得到的沉淀进行离心，离心速度为10000rpm，洗涤，60℃干燥12h，最后研磨，得到样品mos2/bi2wo6。

以实施例2制备的样品mos2/bi2wo6在可见光条件下催化降解vocs，通过固定床配置浓度100ppm的甲苯气体。在石英玻璃反应器中加入0.1gmos2/bi2wo6光催化材料，在黑暗条件下使甲苯气体通过反应器一段时间，达到吸附平衡状况。再开启氙灯，模拟可见光环境，通入甲苯气体，检测尾气中甲苯浓度，计算甲苯的降解效率。说明本发明的可见光催化剂mos2/bi2wo6应用于可见光条件下催化降解vocs中。

实施例3

一种光催化降解vocs催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，pvp(1%)混合溶于30ml乙二醇，磁力搅拌至溶解完全后加入2.5mmolbi(no3)3·5h2o继续搅拌；同时将1mmolna2wo4·2h2o溶与20ml乙二醇，磁力搅拌至溶解。将上述na2wo4·2h2o滴加到bi(no3)3·5h2o溶液，磁力搅拌1h，将其均匀混合得溶液a。

步骤2，mos2采用水热法制备，1.2g的na2moo4·2h2o和1.6gnh2csnh2溶于80ml蒸馏水，搅拌1h，然后将溶液放入聚四氟乙烯内衬的高压，水热温度180℃，水热时间24h，通过过滤分离黑色沉淀物，洗涤，最后，干燥，研磨，将得到的产物溶于乙二醇中超声后得溶液b。

步骤3，按照mo:w的摩尔比为1:5的标准，以30滴/min的速度将溶液b滴入溶液a中搅拌1h，转入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜，水热温度180℃，水热时间24h，将得到的沉淀进行离心，离心速度为10000rpm，洗涤，60℃干燥12h，最后研磨，得到样品mos2/bi2wo6。

实施例4

一种光催化降解vocs催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，pvp(1%)混合溶于30ml乙二醇，磁力搅拌至溶解完全后加入2.5mmolbi(no3)3·5h2o继续搅拌；同时将1mmolna2wo4·2h2o溶与20ml乙二醇，磁力搅拌至溶解。将上述na2wo4·2h2o滴加到bi(no3)3·5h2o溶液，磁力搅拌1h，将其均匀混合溶液a。

步骤2，mos2采用水热法制备，1.2g的na2moo4·2h2o和1.6gnh2csnh2溶于80ml蒸馏水，搅拌1h，然后将溶液放入聚四氟乙烯内衬的高压，水热温度180℃，水热时间24h，通过过滤分离黑色沉淀物，洗涤，最后，干燥，研磨，将得到的产物溶于乙二醇中超声后得溶液b。

步骤3，按照mo:w的摩尔比为1:10的标准，以28滴/min的速度将溶液b滴入溶液a中搅拌1h，转入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜，水热温度200℃，水热时间20h，将得到的沉淀进行离心，离心速度为10000rpm，洗涤，60℃干燥12h，最后研磨，得到样品mos2/bi2wo6。

以纯mos2和纯bi2wo6为对比例进行比较。如图1所示的bi2wo6和mos2/bi2wo6光催化剂的xrd图，可以看出bi2wo6衍射峰分别出现在28.3°、32.8°、47.1°、55.6°、58.5°和68.7°处分别对应bi2wo6的（131）、（200）、（202）、（133）、（262）和（400）晶面的特征峰。mos2衍射峰位于14.2°、39.5°、49.8°、58.3°与mos2的(002)、(103)、(105)、(110)晶面相匹配。图中可以看出，加入mos2，bi2wo6主峰位置依然一一对应，其衍射峰强度变弱，峰型变宽，随着mos2加入量的增大，其衍射峰越来越强烈,且无其他杂质峰，说明实验过程中制备的催化剂纯度较高。

如图2所示的bwo和5mwo的xps图谱，其中图（a）为bi4fxps谱图分别显示了bi³⁺4f5/2和bi³⁺4f7/2的两个峰，说明bi元素存在价态是+3价。(b)图中w4fxps谱图中，观察到w⁶⁺4f5/2和w⁶⁺4f7/2的两个峰，表明w的存在形式是以+6价存在。将5mwo光催化剂的xps图谱与bwo光催化剂的xps图谱相比,不难发现，复合材料中bi4f和w4f对应的特征峰明显向高结合能方向偏移，这一偏移是由于两者之间存在较强的作用力，可以确定mos2/bi2wo6复合样品中bi2wo6已经生长在mos2的表面形成异质结，表明mos2与bi2wo6成功的结合。

如图3为bi2wo6、mos2和mos2/bi2wo6复合材料的光催化降解甲苯的效果，从图中可以看出，随着光照时间的延长，与纯的bi2wo6相比，mos2/bi2wo6复合催化剂对甲苯的降解率明显提高。实验结果表明：5mwo对甲苯的降解效果最好，在可见光照120min降解率达到91%。在相同条件下2mwo、8mwo、10mwo、bwo、mos2对甲苯降解率分别为42%、58%、45%、30%、24%。

综上所述，本发明通过溶剂热法制备出mos2/bi2wo6材料，根据mos2与bi2wo6两者复合会形成异质结，增强光的吸收范围，减少电子-空穴的复合（如图4所示），有效提高了bi2wo6的光催化活性。