一種BiPO₄-WO₃復(fù)合光催化劑及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種BiPO4?WO3復(fù)合光催化劑及其制備方法，屬于無(wú)機(jī)環(huán)保光催化材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的技術(shù)方案要點(diǎn)為：（1）將鎢酸鈉和氯化鈉按摩爾比為1:1加入到去離子水中，用鹽酸調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為0.5?1，轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜并放入微波消解儀中于180℃微波反應(yīng)10?30min，待反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)冷卻、洗滌、干燥得到WO3粉末；（2）配制硝酸鉍水溶液，加入磷酸二氫鈉和WO3粉末形成混合溶液；（3）在室溫條件下將步驟（2）得到的混合溶液攪拌1h后轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜并放入微波消解儀中于180℃微波反應(yīng)10?30min，待反應(yīng)結(jié)束冷卻至常溫后經(jīng)離心、洗滌、干燥制得BiPO4?WO3復(fù)合光催化劑。本發(fā)明制得的復(fù)合光催化劑有效提高了太陽(yáng)光的利用率和光催化活性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種Bi R)4-W03復(fù)合光催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)環(huán)保光催化材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種BiPO4-WO3復(fù)合光催化劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，光催化氧化技術(shù)處理有機(jī)污染物由于具備能力強(qiáng)、效率高和無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境研究領(lǐng)域得到學(xué)者們的廣泛研究。光催化氧化技術(shù)主要利用產(chǎn)生具有高活性和高氧化性的羥基自由基，對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)行氧化去除，從而達(dá)到對(duì)污水進(jìn)行有效處理的目的。
[0003]在眾多光催化劑中，BiPO4作為一種含氧酸鹽，自被發(fā)現(xiàn)以來(lái)即因其卓越的光催化性能而備受關(guān)注。然而，由于它較寬的帶隙值(3.83eV)決定了它只能吸收紫外光而導(dǎo)致光的利用率不高，其光生電子和空穴的快速?gòu)?fù)合，也大大降低了光催化效率，從而阻礙了其在工業(yè)上的應(yīng)用。作為一種重要的η型可見(jiàn)光光催化劑，WO3由于其較窄的禁帶寬度，吸引了相當(dāng)大的關(guān)注。然而，目前尚沒(méi)有相關(guān)文獻(xiàn)關(guān)于BiPO4-WO3復(fù)合光催化劑的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種光量子效率高、太陽(yáng)能利用率高且光催化活性好的BiPO4-WO3復(fù)合光催化劑。
[0005]本發(fā)明解決的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供了一種簡(jiǎn)單易行且方便操作的BiPO4-WO3復(fù)合光催化劑的制備方法。
[0006]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案，一種BiPO4-WO3復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟:(I)將鎢酸鈉和氯化鈉按摩爾比為1:1加入到去離子水中配成媽酸鈉與氯化鈉的混合溶液，攪拌3 O m i η后用鹽酸調(diào)節(jié)混合溶液的P H值為0.5 -1，繼續(xù)攪拌30min后轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜，然后將水熱反應(yīng)釜放入微波消解儀中于180 °C微波反應(yīng)10-30min，待反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)冷卻、洗滌、干燥得到WO3粉末；(2)以硝酸鉍和去離子水為原料配制硝酸鉍水溶液，在攪拌條件下向硝酸鉍水溶液中加入磷酸二氫鈉和步驟(I)得到的WO3粉末形成混合溶液，其中所加磷酸二氫鈉與硝酸鉍的摩爾比為I: I，所加WO3粉末與硝酸鉍的摩爾比為1-10:1; (3)在室溫條件下將步驟(2)得到的混合溶液攪拌Ih后轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜，然后將水熱反應(yīng)釜放入微波消解儀中于180°C微波反應(yīng)10-30min，待反應(yīng)結(jié)束冷卻至常溫后經(jīng)離心、洗滌、干燥制得BiPO4-WO3復(fù)合光催化劑。
[0007]進(jìn)一步優(yōu)選，步驟(I)的鎢酸鈉與氯化鈉的混合溶液中鎢酸鈉的摩爾濃度為0.05-
0.2mol/L0
[0008]進(jìn)一步優(yōu)選，步驟(2)的硝酸祕(mì)水溶液的摩爾濃度為0.1-0.5mol/L。
[0009]本發(fā)明所述的BiPO4-WO3復(fù)合光催化劑，是按照上述方法制備得到的。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:
1、本發(fā)明為了提高BiPO4的光譜響應(yīng)范圍，將其與具有理想帶隙的WO3相復(fù)合，利用兩種半導(dǎo)體之間的能級(jí)差能使光生載流子由一種半導(dǎo)體微粒的能級(jí)注入到另一種半導(dǎo)體的能級(jí)上，使電荷有效分離，有效提高了BiPO4的太陽(yáng)能利用率和光量子效率；
2、BiP04光催化劑的導(dǎo)帶電勢(shì)EcB=0.44eV，價(jià)帶電勢(shì)EVB=4.27eV，而TO3光催化劑的導(dǎo)帶電勢(shì)EcB=0.41eV，價(jià)帶電勢(shì)EVB=3.18eV，在BiPO4-WO3復(fù)合半導(dǎo)體中，WO3的導(dǎo)帶電勢(shì)更負(fù)，光生電子容易從能級(jí)低的冊(cè)3導(dǎo)帶迀移到能級(jí)高的BiP(k導(dǎo)帶上，BiP(k的價(jià)帶電勢(shì)更正，光生空穴容易從能級(jí)高的BiPO4價(jià)帶迀移到能級(jí)低的WO3價(jià)帶上，從而提高光生電荷的分離效率，進(jìn)而提高其光催化性能；
3、TO3禁帶較窄，能有效拓展BiPO4光催化劑對(duì)可見(jiàn)光的利用率，進(jìn)而有效提高太陽(yáng)光的利用率和光催化活性。
【附圖說(shuō)明】
[0011 ]圖1為300W汞燈照射下，本發(fā)明實(shí)施例2制得的BiPO4-WO3復(fù)合光催化劑和純BiPO4光催劑對(duì)羅丹明B的降解對(duì)比曲線(xiàn)圖(操作條件:催化劑的量:0.1g;羅丹明B的質(zhì)量濃度:5mg/L)ο
【具體實(shí)施方式】
[0012]以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但不應(yīng)該將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
[0013]實(shí)施例1
(1)將0.005mol的鎢酸鈉和0.005 mol的氯化鈉加入到去離子水中定容到10mL形成媽酸鈉和氯化鈉的混合溶液，攪拌30min后用鹽酸調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為0.5，繼續(xù)攪拌30min后轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜，然后將水熱反應(yīng)釜放入微波消解儀中于180°C微波反應(yīng)lOmin，待反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)冷卻、洗滌、干燥得到WO3粉末；
(2)配制摩爾濃度為0.lmol/L的硝酸鉍水溶液10mL，在攪拌條件下向硝酸鉍水溶液加入0.0lmol的磷酸二氫鈉和0.0lmol步驟(I)得到的WO3粉末；
(3)在室溫條件下將步驟(I)得到的混合溶液攪拌Ih后轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜，然后將水熱反應(yīng)釜放入微波消解儀中于180°C微波反應(yīng)lOmin，待反應(yīng)結(jié)束冷卻至常溫后經(jīng)離心、洗滌、干燥制得具有高催化活性的BiPO4-WO3復(fù)合光催化劑。
[0014]實(shí)施例2
(1)將0.0Imo I的媽酸鈉和0.0 Imol的氯化鈉加入到去離子水中定容到10mL形成媽酸鈉與氯化鈉的混合溶液，攪拌30min后用鹽酸調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為0.8，繼續(xù)攪拌30min后轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜，然后將水熱反應(yīng)釜放入微波消解儀中于180 °C微波反應(yīng)20min，待反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)冷卻、洗滌、干燥得到WO3粉末；
(2)配制摩爾濃度為0.2mol/L的硝酸鉍水溶液10mL，在攪拌條件下向硝酸鉍水溶液加入0.02mol的磷酸二氫鈉和0.1mol步驟(I)得到的WO3粉末；
(3)在室溫條件下將步驟(2)得到的混合溶液攪拌Ih后轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜，然后將水熱反應(yīng)釜放入微波消解儀中于180°C微波反應(yīng)20min，待反應(yīng)結(jié)束冷卻至常溫后經(jīng)離心、洗滌、干燥制得具有高催化活性的BiPO4-WO3復(fù)合光催化劑。
[0015]圖1是300W萊燈照射下，本實(shí)施例制得的BiPO4-WO3復(fù)合光催化劑和純BiPO4光催劑對(duì)羅丹明B的降解對(duì)比曲線(xiàn)圖，由圖可知在模擬可見(jiàn)光的照射下，光照4h后，純BiPO4光催化劑對(duì)羅丹明B的降解率為19%左右，而B(niǎo)iPO4-WO3復(fù)合光催化劑對(duì)羅丹明B的降解率可達(dá)到92%左右，表現(xiàn)出明顯增強(qiáng)的光催化活性。
[0016]實(shí)施例3
(1)將0.02mol的媽酸鈉和0.02mol的氯化鈉加入到去離子水中定容到10mL形成媽酸鈉和氯化鈉的混合溶液，攪拌30min后用鹽酸調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為1.0，繼續(xù)攪拌30min后轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜，然后將水熱反應(yīng)釜放入微波消解儀中于180 °C微波反應(yīng)30min，待反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)冷卻、洗滌、干燥得到WO3粉末；
(2)配制摩爾濃度為0.5mol/L的硝酸鉍水溶液10mL，在攪拌條件下向硝酸鉍水溶液加入0.05mol的磷酸二氫鈉和0.5mol步驟(I)得到的WO3粉末；
(3)在室溫條件下將步驟(2)得到的混合溶液攪拌Ih后轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜，然后將水熱反應(yīng)釜放入微波消解儀中于180°C微波反應(yīng)30min，待反應(yīng)結(jié)束冷卻至常溫后經(jīng)離心、洗滌、干燥制得具有高催化活性的BiPO4-WO3復(fù)合光催化劑。
[0017]以上實(shí)施例描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明原理的范圍下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)均落入本發(fā)明保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種BiPO4-WO3復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟:(I)將鎢酸鈉和氯化鈉按摩爾比為1:1加入到去離子水中配成鎢酸鈉與氯化鈉的混合溶液，攪拌30min后用鹽酸調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為0.5-1，繼續(xù)攪拌30min后轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜，然后將水熱反應(yīng)釜放入微波消解儀中于180°C微波反應(yīng)10-30min，待反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)冷卻、洗滌、干燥得到TO3粉末；(2)以硝酸鉍和去離子水為原料配制硝酸鉍水溶液，在攪拌條件下向硝酸鉍水溶液中加入磷酸二氫鈉和步驟(I)得到的WO3粉末形成混合溶液，其中所加磷酸二氫鈉與硝酸鉍的摩爾比為I: I，所加WO3粉末與硝酸鉍的摩爾比為1-10:1; (3)在室溫條件下將步驟(2)得到的混合溶液攪拌Ih后轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜，然后將水熱反應(yīng)釜放入微波消解儀中于180°C微波反應(yīng)10-30min，待反應(yīng)結(jié)束冷卻至常溫后經(jīng)離心、洗滌、干燥制得BiPO4-WO3復(fù)合光催化劑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的BiPO4-WO3復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于:步驟(I)的媽酸鈉與氯化鈉的混合溶液中媽酸鈉的摩爾濃度為0.05-0.2mol/L。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的BiPO4-WO3復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于:步驟(2)的硝酸祕(mì)水溶液的摩爾濃度為0.1-0.5mol/L。4.一種BiPO4-WO3復(fù)合光催化劑，其特征在于是按照權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的方法制備得到的。
【文檔編號(hào)】B01J27/188GK105854912SQ201610235972
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月18日
【發(fā)明人】劉玉民, 張鵬, 呂華
【申請(qǐng)人】河南師范大學(xué)