專利名稱：采用微波水熱法制備具有暗態(tài)吸附性能的新型Bi₂WO₆ 光催化材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功能材料領(lǐng)域，涉及一種采用微波水熱法制備具有暗態(tài)吸附性能的新型Bi2WO6光催化材料的方法。
背景技術(shù)：
近一兩年來(lái)，光催化領(lǐng)域發(fā)展迅猛，每年都有數(shù)千篇研究論文發(fā)表，研究更多的集中在太陽(yáng)能制氫與環(huán)境友好光催化領(lǐng)域。利用光催化技術(shù)可將有機(jī)污染物氧化分解成無(wú)機(jī)物，反應(yīng)體系在光催化下將吸收的光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，使許多通常情況下難以實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)在比較溫和的條件下能夠順利進(jìn)行，盡管它復(fù)雜的反應(yīng)機(jī)理目前尚未被認(rèn)識(shí)清楚，但應(yīng)用方面的研究卻成績(jī)斐然，顯示了光催化在有機(jī)污染物治理領(lǐng)域的良好應(yīng)用前景。光催化材料不僅具有分解水制氫的功能，而且具有環(huán)境凈化功能。利用光催化材料凈化空氣和水已成為當(dāng)今世界引人注目的高新環(huán)境技術(shù)。高性能的新一代光催化材料是擴(kuò)大光催化環(huán)境應(yīng)用的關(guān)鍵。光催化材料，因?yàn)榫哂胁僮骱?jiǎn)便、能耗低、反應(yīng)條件溫和、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，能有效地將各種廢水中的幾乎所有有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物降解為co2、h2o、po43-，
.SO42' χ-等無(wú)機(jī)小分子，達(dá)到完全礦化消除污染的目的，所以光催化材料在環(huán)保領(lǐng)域中的應(yīng)用是當(dāng)前研究的一個(gè)重點(diǎn)和熱門(mén)課題，并已取得一定成績(jī)。鎢酸鹽作為一種新型光催化劑具有很好的光學(xué)性能以及電子復(fù)合中心少的特點(diǎn)。且有研究發(fā)現(xiàn)納米片Bi2WO6光催 化劑是光穩(wěn)定的，不存在光腐蝕現(xiàn)象。研究新型納米片狀材料的光催化機(jī)理發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的TiO2光催化劑光催化反應(yīng)機(jī)理有所不同,在其光催化降解過(guò)程中，主要是空穴的直接氧化作用，自由基的作用非常小。Bi2WO6光催化劑同時(shí)具有很好的紫外和可見(jiàn)光催化性，具有很好的環(huán)境凈化應(yīng)用前景。眾所周知，反應(yīng)物的吸附是催化過(guò)程的前提步驟，催化劑表面的吸附性能必然影響其催化活性，換而言之，催化劑在暗光條件下對(duì)有機(jī)染料進(jìn)行有效地吸附，在未進(jìn)行光照時(shí)已經(jīng)達(dá)到了很好的脫色效果，在進(jìn)行光催化反應(yīng)時(shí)將更高的實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的降解，達(dá)到光催化講解有機(jī)污染物的最終目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種采用微波水熱法制備具有暗態(tài)吸附性能的新型光催化材料的方法，該方法反應(yīng)時(shí)間短，工藝簡(jiǎn)單、效率高、能耗低、成本低廉、對(duì)環(huán)境友好，且合成的新型光催化材料對(duì)有機(jī)染料羅丹明B有很強(qiáng)的暗態(tài)吸附性能。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明如下技術(shù)方案—種微波水熱法制備具有暗態(tài)吸附性能的新型Bi2WO6光催化材料的方法，包括以下步驟步驟1:稱取 Bi (NO3) 3 · 5H20、Na2WO4 · 2Η20 放入容器中，再將 NaN3、N2H4 · H2O和NH4Cl按照3 :1 1的摩爾比加入容器中，再向容器中加入去離子水配制成混合溶液，其中 Bi (NO3) 3 · 5Η20 濃度為 O. lmol/L, Na2WO4 · 2H20 濃度為 O. 05mol/L, NaN3 濃度為O.008 O. 025mol/L;步驟2 :室溫磁力攪拌使原料混合均勻，再放入超聲儀中，超聲振蕩l(T30mins得微波水熱反應(yīng)的前驅(qū)液；步驟3 :將步驟2所得的前驅(qū)液移入聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，再將反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)儀中，其中反應(yīng)釜的填充度為40%飛0%，設(shè)定微波功率為300w，在溫度為1800C 240°C下保溫60min后停止反應(yīng)；步驟4 :待反應(yīng)溫度降至室溫后，分離出沉淀物，用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌至中性后，恒溫干燥得到粉體。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于步驟3中微波水熱反應(yīng)180°C 240°C下保溫時(shí)間為60minso本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于步驟2中溶液混合均勻后放入超聲儀中振蕩的時(shí)間為30minso本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于步驟3中微波水熱反應(yīng)溫度為180°C。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于步驟3中反應(yīng)釜的填充度為60%。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于步驟4中恒溫干燥的溫度是80°C。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于步驟I的混合溶液中NaN3的濃度為O. 025mol/L。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明微波水熱法以微波作為加熱方式，結(jié)合傳統(tǒng)的水熱法來(lái)制備新型光催化材料。微波水熱法具有其它傳統(tǒng)合成技術(shù)不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，如反應(yīng)速度快、合成時(shí)間短、反應(yīng)效率高、產(chǎn)品具有較高的純度、窄的粒徑分布等優(yōu)點(diǎn)，制備的Bi2WO6光催化材料對(duì)羅丹明B具有很強(qiáng)的暗態(tài)吸附性能，并且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)沒(méi)有出現(xiàn)脫附現(xiàn)象。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例2制備的新型光催化材料Bi2WO6的XRD圖(反應(yīng)溫度為180°C，反應(yīng)釜填充度60%，反應(yīng)時(shí)間為60mins)；圖2是本發(fā)明實(shí)施例2制備的新型光催化材料Bi2WO6的SEM圖(反應(yīng)溫度為180°C，反應(yīng)釜填充度60%，反應(yīng)時(shí)間為60mins)；圖3是本發(fā)明實(shí)施例2 (180°C反應(yīng)60mins)合成新型光催化材料未進(jìn)行光照時(shí)對(duì)羅丹明B溶液的暗吸附曲線圖(Rn表示NaN3的濃度，單位為mol/L，光源350W氙燈，羅丹明B溶液濃度5mg/L，每50ml羅丹明B溶液加入O. 05g催化劑)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1步驟1:稱取 Bi (NO3) 3 · 5H20、Na2WO4 · 2H20 放入燒杯中，再將 NaN3、N2H4 · H2O 和NH4Cl按照3 1 1的摩爾比加入其中，再向燒杯中加入去離子水配制成混合溶液，其中Bi (NO3) 3 · 5H20 濃度為 O. lmol/L, Na2WO4 · 2H20 濃度為 O. 05mol/L, NaN3 濃度為 O. 008mol/L ；步驟2 :室溫磁力攪拌使原料混合均勻，再放入超聲儀中，超聲振蕩IOmins得微波水熱反應(yīng)的前驅(qū)液；
步驟3 :將步驟2所得的前驅(qū)液移入聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，再將反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)儀中，其中反應(yīng)釜填充度為50%，設(shè)定微波功率300w在溫度為240°C下保溫60mins后停止反應(yīng)；步驟4 :待反應(yīng)溫度降至室溫后，分離出沉淀物，用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌至中性后，80°C恒溫干燥得到粉體。實(shí)施例2步驟1:稱取 Bi (NO3) 3 · 5H20、Na2WO4 · 2H20 放入燒杯中，再將 NaN3、N2H4 · H2O 和NH4Cl按照3 1 1的摩爾比加入其中，再向燒杯中加入去離子水配制成混合溶液，其中Bi (NO3) 3 · 5H20 濃度為 O. lmol/L, Na2WO4 · 2H20 濃度為 O. 05mol/L, NaN3 濃度為 O. 025mol/L ；步驟2 :室溫磁力攪拌使原料混合均勻，再放入超聲儀中，超聲振蕩30min得微波水熱反應(yīng)的前驅(qū)液；步驟3 :將步驟2所得的前驅(qū)液移入聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，再將反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)儀中，其中反應(yīng)釜填充度為60%，設(shè)定微波功率300w在溫度為180°C下保溫60mins后停止反應(yīng)；步驟4 :待反應(yīng)溫度降至室溫后，分離出沉淀物，用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌至中性后，80°C恒溫干燥得到粉體。實(shí)施例3步驟1:稱取 Bi (NO3) 3 · 5H20、Na2WO4 · 2H20 放入燒杯中，再將 NaN3、N2H4 · H2O 和NH4Cl按照3 1 1的摩爾比加入其中，再向燒杯中加入去離子水配制成混合溶液，其中Bi(NO3)3 ·5Η20 濃度為 O. lmol`/L，Na2WO4 ·2Η20 濃度為 O. 05mol/L，NaN3 濃度為 O. 015mol/L;步驟2 :室溫磁力攪拌使原料混合均勻，再放入超聲儀中，超聲振蕩20mins得微波水熱反應(yīng)的前驅(qū)液；步驟3 :將步驟2所得的前驅(qū)液移入聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，再將反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)儀中，其中反應(yīng)釜填充度為40%，設(shè)定微波功率300w在溫度為200°C下保溫60mins后停止反應(yīng)；步驟4 :待反應(yīng)溫度降至室溫后，分離出沉淀物，用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌至中性后，80°C恒溫干燥得到粉體。以五水硝酸鉍(Bi (NO3)3 ·5Η20)為Bi源、二水鎢酸鈉(Na2WO4 ·2Η20)為W源，按照B1:W=2:1的摩爾比溶于去離子水中，攪拌使其混合均勻，以迭氮化鈉(NaN3)為N源，微波水熱反應(yīng)制得Bi2WO6粉體。以XRD測(cè)定粉體的物相組成結(jié)構(gòu)，如圖1所示，可以看出本發(fā)明制備的新型光催化材料具有鎢鉍礦結(jié)構(gòu)，以SEM測(cè)定粉體的微觀形貌，如圖2所示，粉體形貌為由薄片組成的塊狀，以羅丹明B溶液為目標(biāo)降解物測(cè)定粉體的光催化活性，其光源為350W氙燈，羅丹明B溶液濃度為5mg/L，每50mlRhB溶液加入O. 05g催化劑，以微波水熱方法制備的具有暗態(tài)吸附性能的新型光催化材料時(shí)羅丹明B溶液的紫外-可見(jiàn)光譜隨時(shí)間的變化曲線圖見(jiàn)如圖3，由圖可知，暗態(tài)吸附一小時(shí)后，未加入樣品的羅丹明B在554nm處有很強(qiáng)的吸收峰,而加入樣品的試樣吸光度降到最低，說(shuō)明暗光條件下，采用微波水熱法制備的新型光催化材料對(duì)羅丹明B具有很強(qiáng)的暗態(tài)吸附性能，并且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)沒(méi)有出現(xiàn)脫附現(xiàn)象。
以上所述僅為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，不是全部或唯一的實(shí)施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通過(guò)閱讀本發(fā)明說(shuō)明書(shū)而對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種采用微波水熱法制備具有暗態(tài)吸附性能的新型Bi2WO6光催化材料的方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟1:稱取 Bi (NO3) 3 · 5H20、Na2WO4 · 2H20 放入容器中，再將 NaN3、N2H4 · H2O 和NH4Cl按照3 :1 1的摩爾比加入容器中，再向容器中加入去離子水配制成混合溶液，混合溶液中 Bi (NO3)3 · 5H20 濃度為 O. lmol/L, Na2WO4 · 2H20 濃度為 O. 05mol/L, NaN3 濃度為O.008 O. 025mol/L ； 步驟2 :室溫磁力攪拌使原料混合均勻，再放入超聲儀中，超聲振蕩l(T30mins得微波水熱反應(yīng)的前驅(qū)液； 步驟3:將步驟2所得的前驅(qū)液移入聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，再將反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)儀中，其中反應(yīng)釜的填充度為40%飛0%，設(shè)定微波功率為300w，在溫度為1800C 240°C下保溫60mins后停止反應(yīng)； 步驟4:待反應(yīng)溫度降至室溫后，分離出沉淀物，用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌至中性后，恒溫干燥得到粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用微波水熱法制備具有暗態(tài)吸附性能的新型Bi2WO6光催化材料的方法，其特征在于，步驟2中溶液混合均勻后放入超聲儀中振蕩的時(shí)間為30minso
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用微波水熱法制備具有暗態(tài)吸附性能的新型Bi2WO6*催化材料的方法，其特征在于，步驟3中微波水熱反應(yīng)溫度為180°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用微波水熱法制備具有暗態(tài)吸附性能的新型Bi2WO6*催化材料的方法，其特征在于，步驟3中反應(yīng)釜的填充度為60%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用微波水熱法制備具有暗態(tài)吸附性能的新型Bi2WO6*催化材料的方法，其特征在于，步驟I的混合溶液中NaN3的濃度為O. 025mol/L。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種采用微波水熱法制備具有暗態(tài)吸附性能的新型Bi2WO6光催化材料的方法步驟1稱取Bi源、W源按照Bi:W=2:1的摩爾比放入燒杯中，再將NaN3、N2H4·H2O和NH4Cl按照311的摩爾比加入燒杯中，再向燒杯中加入去離子水配制成混合溶液；室溫磁力攪拌使原料混合均勻，超聲振蕩得微波水熱反應(yīng)的前驅(qū)液;將步驟2所得的前驅(qū)液移入聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，進(jìn)行微波水熱反應(yīng)；待反應(yīng)溫度降至室溫后，用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌沉淀物至中性后，恒溫干燥。本發(fā)明方法具有裝置簡(jiǎn)單、低溫、高效等特點(diǎn)，并且新型光催化材料對(duì)有機(jī)染料羅丹明B表現(xiàn)出很強(qiáng)的暗態(tài)吸附性能，是一種高效的吸附性光催化材料。
文檔編號(hào)B01J23/31GK103055845SQ20121044222
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月7日
發(fā)明者談國(guó)強(qiáng), 黃靖 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)