采用微波水热法制备具有暗态吸附性能的新型Bi2WO6 光催化材料的方法

摘要

本发明提供了一种采用微波水热法制备具有暗态吸附性能的新型Bi2WO6光催化材料的方法：步骤1：称取Bi源、W源按照Bi:W=2:1的摩尔比放入烧杯中，再将NaN3、N2H4·H2O和NH4Cl按照3：1：1的摩尔比加入烧杯中，再向烧杯中加入去离子水配制成混合溶液；室温磁力搅拌使原料混合均匀，超声振荡得微波水热反应的前驱液;将步骤2所得的前驱液移入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，进行微波水热反应；待反应温度降至室温后，用去离子水和无水乙醇洗涤沉淀物至中性后，恒温干燥。本发明方法具有装置简单、低温、高效等特点，并且新型光催化材料对有机染料罗丹明B表现出很强的暗态吸附性能，是一种高效的吸附性光催化材料。

说明书

技术领域

本发明属于功能材料领域，涉及一种采用微波水热法制备具有暗态吸附性 能的新型Bi₂WO₆光催化材料的方法。

背景技术

近一两年来，光催化领域发展迅猛，每年都有数千篇研究论文发表，研究 更多的集中在太阳能制氢与环境友好光催化领域。利用光催化技术可将有机污 染物氧化分解成无机物，反应体系在光催化下将吸收的光能转化为化学能，使 许多通常情况下难以实现的反应在比较温和的条件下能够顺利进行，尽管它复 杂的反应机理目前尚未被认识清楚，但应用方面的研究却成绩斐然，显示了光 催化在有机污染物治理领域的良好应用前景。

光催化材料不仅具有分解水制氢的功能，而且具有环境净化功能。利用光 催化材料净化空气和水已成为当今世界引人注目的高新环境技术。高性能的新 一代光催化材料是扩大光催化环境应用的关键。光催化材料，因为具有操作简 便、能耗低、反应条件温和、无二次污染等优点，能有效地将各种废水中的几 乎所有有机和无机污染物降解为CO₂、H₂O、PO₄^3-,．SO₄^2-、X^-等无机小分子， 达到完全矿化消除污染的目的，所以光催化材料在环保领域中的应用是当前研 究的一个重点和热门课题，并已取得一定成绩。

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TiO₂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，具有很 好的环境净化应用前景。众所周知,反应物的吸附是催化过程的前提步骤，催化 剂表面的吸附性能必然影响其催化活性，换而言之，催化剂在暗光条件下对有 机染料进行有效地吸附，在未进行光照时已经达到了很好的脱色效果，在进行 光催化反应时将更高的实现有机物的降解，达到光催化讲解有机污染物的最终 目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用微波水热法制备具有暗态吸附性能的新型光 催化材料的方法，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，且合成的新型光催化材料对有机染料罗丹明B有很强的暗态吸附 性能。

为实现上述目的，本发明如下技术方案：

一种微波水热法制备具有暗态吸附性能的新型Bi₂WO₆光催化材料的方法， 包括以下步骤：

步骤1：称取Bi(NO₃)₃·5H₂O、Na₂WO₄·2H₂O放入容器中，再将NaN₃、 N₂H₄·H₂O和NH₄Cl按照3：1：1的摩尔比加入容器中，再向容器中加入去离子 水配制成混合溶液，其中Bi(NO₃)₃·5H₂O浓度为0.1mol/L，Na₂WO₄·2H₂O浓度 为0.05mol/L，NaN₃浓度为0.008~0.025mol/L;

步骤2：室温磁力搅拌使原料混合均匀，再放入超声仪中，超声振荡 10~30mins得微波水热反应的前驱液;

步骤3：将步骤2所得的前驱液移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，其中反应釜的填充度为40%~60%，设定微波功率为 300w，在温度为180℃~240℃下保温60min后停止反应；

步骤4：待反应温度降至室温后，分离出沉淀物，用去离子水和无水乙醇洗 涤至中性后，恒温干燥得到粉体。

本发明进一步的改进在于：步骤3中微波水热反应180℃~240℃下保温时间 为60mins。

本发明进一步的改进在于：步骤2中溶液混合均匀后放入超声仪中振荡的 时间为30mins。

本发明进一步的改进在于：步骤3中微波水热反应温度为180℃。

本发明进一步的改进在于：步骤3中反应釜的填充度为60%。

本发明进一步的改进在于：步骤4中恒温干燥的温度是80℃。

本发明进一步的改进在于：步骤1的混合溶液中NaN₃的浓度为0.025mol/L。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：本发明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新型光催化材料。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，制备的Bi₂WO₆光催化材料对罗丹明B具 有很强的暗态吸附性能，并且随着时间的延长没有出现脱附现象。

附图说明

图1是本发明实施例2制备的新型光催化材料Bi₂WO₆的XRD图（反应温 度为180℃，反应釜填充度60%，反应时间为60mins）；

图2是本发明实施例2制备的新型光催化材料Bi₂WO₆的SEM图（反应温 度为180℃，反应釜填充度60%，反应时间为60mins）；

图3是本发明实施例2（180℃反应60mins）合成新型光催化材料未进行光 照时对罗丹明B溶液的暗吸附曲线图（R_N表示NaN₃的浓度，单位为mol/L，光 源：350W氙灯，罗丹明B溶液浓度：5mg/L，每50ml罗丹明B溶液加入0.05g 催化剂）。

具体实施方式

实施例1

步骤1：称取Bi(NO₃)₃·5H₂O、Na₂WO₄·2H₂O放入烧杯中，再将NaN₃、 N₂H₄·H₂O和NH₄Cl按照3：1：1的摩尔比加入其中，再向烧杯中加入去离子水 配制成混合溶液，其中Bi(NO₃)₃·5H₂O浓度为0.1mol/L，Na₂WO₄·2H₂O浓度为 0.05mol/L，NaN₃浓度为0.008mol/L；

步骤2：室温磁力搅拌使原料混合均匀，再放入超声仪中，超声振荡10mins 得微波水热反应的前驱液；

步骤3：将步骤2所得的前驱液移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，其中反应釜填充度为50%，设定微波功率300w在温 度为240℃下保温60mins后停止反应；

步骤4：待反应温度降至室温后，分离出沉淀物，用去离子水和无水乙醇洗 涤至中性后，80℃恒温干燥得到粉体。

实施例2

步骤1：称取Bi(NO₃)₃·5H₂O、Na₂WO₄·2H₂O放入烧杯中，再将NaN₃、 N₂H₄·H₂O和NH₄Cl按照3：1：1的摩尔比加入其中，再向烧杯中加入去离子水 配制成混合溶液，其中Bi(NO₃)₃·5H₂O浓度为0.1mol/L，Na₂WO₄·2H₂O浓度为 0.05mol/L，NaN₃浓度为0.025mol/L；

步骤2：室温磁力搅拌使原料混合均匀，再放入超声仪中，超声振荡30min 得微波水热反应的前驱液；

步骤3：将步骤2所得的前驱液移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，其中反应釜填充度为60%，设定微波功率300w在温 度为180℃下保温60mins后停止反应；

步骤4：待反应温度降至室温后，分离出沉淀物，用去离子水和无水乙醇洗 涤至中性后，80℃恒温干燥得到粉体。

实施例3

步骤1：称取Bi(NO₃)₃·5H₂O、Na₂WO₄·2H₂O放入烧杯中，再将NaN₃、 N₂H₄·H₂O和NH₄Cl按照3：1：1的摩尔比加入其中，再向烧杯中加入去离子水 配制成混合溶液，其中Bi(NO₃)₃·5H₂O浓度为0.1mol/L，Na₂WO₄·2H₂O浓度为 0.05mol/L，NaN₃浓度为0.015mol/L;

步骤2：室温磁力搅拌使原料混合均匀，再放入超声仪中，超声振荡20mins 得微波水热反应的前驱液;

步骤3：将步骤2所得的前驱液移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，其中反应釜填充度为40%，设定微波功率300w在温 度为200℃下保温60mins后停止反应；

步骤4：待反应温度降至室温后，分离出沉淀物，用去离子水和无水乙醇洗 涤至中性后，80℃恒温干燥得到粉体。

以五水硝酸铋(Bi(NO₃)₃·5H₂O)为Bi源、二水钨酸钠(Na₂WO₄·2H₂O)为W源， 按照Bi:W=2:1的摩尔比溶于去离子水中，搅拌使其混合均匀，以迭氮化钠(NaN₃) 为N源，微波水热反应制得Bi₂WO₆粉体。

以XRD测定粉体的物相组成结构，如图1所示，可以看出本发明制备的新 型光催化材料具有钨铋矿结构，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块状，以罗丹明B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，罗丹明B溶液浓度为5mg/L，每50mlRhB溶液加 入0.05g催化剂，以微波水热方法制备的具有暗态吸附性能的新型光催化材料时 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，暗态 吸附一小时后，未加入样品的罗丹明B在554nm处有很强的吸收峰，而加入样 品的试样吸光度降到最低，说明暗光条件下，采用微波水热法制备的新型光催 化材料对罗丹明B具有很强的暗态吸附性能，并且随着时间的延长没有出现脱 附现象。

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。