一种钨酸锌/苯甲酸锌光催化材料的制备方法及其应用

摘要

本发明公开了一种钨酸锌/苯甲酸锌光催化材料的制备方法：(1)将苯甲酸钠和二水合钨酸钠溶解于去离子水中，在搅拌条件下逐滴加入二水合乙酸锌溶液，得到白色悬浊液；(2)将上述悬浊液转移至密闭的聚四氟乙烯内衬水热釜中进行水热反应，得到钨酸锌/苯甲酸锌光催化材料。本发明还公开了上述制备方法制备的钨酸锌/苯甲酸锌光催化材料在光催化还原六价铬中的应用。本发明提供的钨酸锌/苯甲酸锌光催化材料表现出优异的光催化六价铬还原活性和循环稳定性，在处理有害重金属离子废水方面有广阔的实际应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及环境光催化材料制备技术领域，具体涉及一种钨酸锌/苯甲酸锌光催化材料的制备方法及其应用。

背景技术

当下，水资源短缺和污染问题成为制约人类社会可持续性健康发展的关键因素之一。无机污染物中的可溶性的重金属离子是目前较为普遍且危害较大的一种水体污染源，其中六价铬Cr(VI)普遍存在于采矿、皮革、航空、印染和炼钢等工业废水。Cr(VI)对生态系统食物链具有致癌和致畸作用，被认为是最具毒性的污染物之一。Cr(VI)如果得不到妥善处理，将会严重威胁我们的生命健康和生态系统的可持续发展。对重金属离子污染的水体进行再处理，移除被污染水体中的有害重金属离子成份，使其变成清洁和安全的水体，实现水资源的循环利用具有重要的现实意义。

光催化法能将迁移性强、毒性大的Cr(VI)还原成易沉降且低毒性的Cr(III)，具有清洁环保、操作可行性高、可利用太阳能等优点，是极具研究价值和应用前景的新型含铬废水处理技术之一。如申请号为CN202111410160.X的中国专利文献公开了一种红磷负载碳化氮纳米管的复合材料的制备及其用于含Cr(VI)废水处理的方法，该方法以三聚氰胺和尿素为原料，通过煅烧过程制备CN纳米管；将得到的CN纳米管和预处理后的红磷研磨混合，于真空条件下封管煅烧制备红磷负载碳化氮纳米管复合材料。这种方法所制备的复合材料可以较大程度地利用太阳光具表现出较好的Cr(VI)光催化还原活性。此外，申请号为CN201911299894.8的中国专利文献公开了一种氧化镍-钴酸镍-黑二氧化钛复合物光催化还原处理含六价铬废水的方法，利用煅烧-水热-煅烧多步复杂的制备方法得到可应用于含六价铬废水处理的氧化镍-钴酸镍-黑二氧化钛复合物光催化材料。

以上专利文献公开的光催化材料虽然表现出一定的六价铬光催化还原活性，但也存在光催化材料光生载流子迁移效率较低、光催化循环稳定性较差等不足，且明显存在制备工艺复杂，能耗大，生产成本高等缺点。以上问题极大地限制了这些光催化材料在光催化还原处理含六价铬废水中的实际应用。所以亟待开发一种简便经济的方法制备新型高效光催化材料，以推动光催化技术在有害重金属离子废水处理中的实际应用。

发明内容

本发明的目的在于提供钨酸锌/苯甲酸锌光催化材料及其制备方法，将其应用于光催化还原处理含六价铬废水。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种钨酸锌/苯甲酸锌光催化材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将苯甲酸钠和二水合钨酸钠溶解于去离子水中，制得组分A，在搅拌条件下将二水合乙酸锌溶液加入组分A，得到白色悬浊液；

(2)将白色悬浊液放置于聚四氟乙烯内衬水热釜，水热反应得到钨酸锌/苯甲酸锌光催化材料。

本发明提供的钨酸锌/苯甲酸锌光催化材料的制备原理为：在多离子反应体系中，锌离子先会与钨酸根离子反应生成钨酸锌纳米颗粒，在水热条件下，钨酸锌颗粒自组装形成钨酸锌立方块体。与此同时生成的苯甲酸锌锚定在钨酸锌立方块体的表面，最终得到钨酸锌/苯甲酸锌复合光催化材料。苯甲酸锌的复合能为目标去除物Cr(VI)提供大量的吸附活性位点；生成的钨酸锌/苯甲酸锌异质结能增强光吸收能力和加快光生电子的分离和迁移效率，进而显著提其光催化Cr(VI)还原性能。

本发明通过简单的一步水热反应得到了一种钨酸锌/苯甲酸锌光催化材料，通过构建有机/无机复合异质结，增强可见光吸收能力和加快光生电子的分离和迁移效率，实现水环境中Cr(VI)的高效光催化还原。

所述苯甲酸钠、二水合钨酸钠和二水合乙酸锌均为分析级，且无需要进一步纯化处理。

进一步地，钨酸锌/苯甲酸锌光催化材料由钨酸锌和苯甲酸锌原位复合而成。其中苯甲酸锌的摩尔分数为1％～100％。

进一步地，所述二水合乙酸锌的用量为30～40mg/mL；所述二水合钨酸钠的用量为10～40mg/mL；所述苯甲酸钠的用量为10～40mg/mL。

进一步地，所述水热温度为160-200℃，反应时间为32-40h。

进一步地，所述钨酸锌/苯甲酸锌光催化材料作为催化剂可应用于光催化还原六价铬重金属离子。在南京胥江机电厂生产的XPA光催化反应器中评价光催化材料对六价铬的光催化还原性能，光源选用400W金卤灯，将30mg催化材料光催化材料和50mL浓度为20mg/L的重铬酸钾溶液置于石英反应管中，光照前于暗环境下搅拌分散1小时，整个实验过程中保持循环冷却水畅通。每间隔一定的时间对重铬酸钾溶液取样，并用分光光度计测试其吸光度的变化情况，通过重铬酸钾溶液最佳吸收波长的吸收值变化来分析重铬酸钾溶液浓度的变化。

本发明根据所述制备方法得到的钨酸锌/苯甲酸锌光催化材料，用ZnWO

本发明具有以下积极效果：

(1)本发明提供的钨酸锌/苯甲酸锌光催化材料，通过简单的一步水热法原位将Zn(Bro)

(2)本发明提供的钨酸锌/苯甲酸锌光催化材料，负载Zn(Bro)

(3)本发明提供的钨酸锌/苯甲酸锌光催化材料，ZnWO

附图说明

图1为实施例1、对比例1和对比例2所制备ZnWO

图2为实施例1所制备ZnWO

图3为实施例1、对比例1和对比例2所制备ZnWO

图4为实施例1、对比例1和对比例2所制备ZnWO

图5为实施例1、对比例1和对比例2所制备ZnWO

图6为实施例1得到的ZnWO

具体实施方式

为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，对本发明做进一步的说明。

实施例1

(1)将1.44g苯甲酸钠和1.65g二水合钨酸钠溶解分散于50mL去离子水中得到溶液A；将2.195g二水合乙酸锌溶解于25mL去离子水中得到溶液B，在搅拌条件下将溶液B滴加至溶液A，得到白色均匀的悬浊液；

(2)将悬浊液放置于聚四氟乙烯内衬水热釜中180℃反应32h得到钨酸锌/苯甲酸锌(ZnWO

对比例1

(1)将3.299g二水合钨酸钠溶解分散于50mL去离子水中得到溶液A；将2.195g二水合乙酸锌溶解于25mL去离子水中得到溶液B，在搅拌条件下将溶液B滴加至溶液A，得到白色均匀的悬浊液；

(2)将上述悬浊液转移至密闭的聚四氟乙烯内衬水热釜中180℃水热反应36h，自然冷却至室温，洗涤干燥后得到钨酸锌光催化材料，记为ZnWO

对比例2

(1)将2.882g苯甲酸钠溶解分散于50mL去离子水中得到溶液A；将2.195g二水合乙酸锌溶解于25mL去离子水中得到溶液B，在搅拌条件下将溶液B滴加至溶液A，得到白色均匀的悬浊液；

(2)将上述悬浊液转移至密闭的聚四氟乙烯内衬水热釜中180℃水热反应36h，自然冷却至室温，洗涤干燥后得到苯甲酸锌光催化材料，记为Zn(Bro)

材料表征

图1为实施例1、对比例1和对比例2所制备ZnWO

图2(a)和(b)为实施例1制备ZnWO

图3为实施例1、对比例1和对比例2所制备ZnWO

图4为实施例1、对比例1和对比例2所制备ZnWO

性能测试

图5为实施例1、对比例1和对比例2所制备ZnWO

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。