一种低温控制不同Bi2WO6光催化剂形貌的制备方法

一种低温控制不同bi2wo6光催化剂形貌的制备方法
技术领域
1.本发明涉及半导体光催化领域，尤其涉及一种低温控制不同bi2wo6光催化剂形貌的制备方法。


背景技术：

2.随着工业高速发展和人口的不断增长，环境污染问题也日益严重，雾霾、水体富营养化等均给人们生活造成了巨大困扰，半导体光催化技术为解决社会水污染问题提供了一种绿色、低碳、高效的新思路。半导体光催化剂可在太阳光的照射下，位于价带位置的电子受到跃迁迁移到导带位置，从而形成光生电子-空穴对，具有强还原和氧化能力，当其迁移到催化剂的表面从而产生
·o2-、oh
·
，可以将二氧化碳和水还原为有机小分子和氢气，或者降解空气和水中的有害物质，杀死病毒和细菌，对解决能源和环境问题意义重大。
3.bi2wo6是层状钙钛矿型结构，其合适的能带结构及较窄的禁带宽度使其拥有良好的可见光响应能力及较高的光催化活性，因此bi2wo6光催化剂成为光催化领域的研究热点。在光催化降解污染物过程中，催化剂的形貌及比表面积对于光生载流子的迁移和污染物的吸附有着重要影响，目前对于水热法或共沉淀法制备、调控bi2wo6光催化剂形貌往往需要用到硝酸等强酸、强碱来调节ph值或添加表面活性剂，制备工艺繁琐、能源消耗及制备成本高，不利于大规模的实际生产制备，而且在太阳光的照射下对于模拟污染物的降解速率缓慢，降解效率不高。发明专利（cn107376899a）公开了一步水热法合成不同形貌钨酸铋二维光催化材料的方法，需要用到溴化十六烷基三甲胺、浓硝酸溶液和浓盐酸溶液，该发明专利制备工艺繁琐，原料使用种类危险、复杂，生产过程中对环境有污染风险。发明专利（cn103949242b）公开了一种钨酸铋(bi2wo6))片状纳米材料的制备方法，通过控制异辛醇的用量，在180℃保温下20h后获得了纳米片状bi2wo6，该发明专利用到的原料成本高昂，而且光催化能力很差，可见光照4h下对rhb的降解率为80%。上述发明制备工艺繁琐，成本高且得到的bi2wo6光催化剂光催化活性低，不具有实际使用意义。鉴于以上问题，我们提出了一种低温控制不同bi2wo6光催化剂形貌的制备方法，工艺简单，成本低廉，制得的催化剂比表面积大，光催化性能优良，便于实际推广应用。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种低温控制不同bi2wo6光催化剂形貌的制备方法，可以在120℃较低的温度下通过控制乙二醇的用量获得枝状、圆饼状、凹饼状不同形貌特征的bi2wo6光催化剂。
5.实现本发明上述目的所采取的技术方案为，具体工艺方案步骤如下。
6.（1）bi2wo6光催化剂前驱体悬浮液的配制：用电子天平称取1mmol的钨酸钠溶解在10ml的纯水中形成a溶液，称取2mmol的硝酸铋溶解在20ml由乙二醇和冰乙酸不同体积比例组成的混合溶剂中，形成b溶液，分别搅拌均匀后将a溶液缓慢滴加入b溶液，混合溶液浓度为0.03mol/l。随后将混合溶液放置在磁力搅拌器中剧烈搅拌20min，得到bi2wo6前驱体悬浮
液。
7.（2）将悬浮液转移到聚四氟乙烯内衬中并用不锈钢反应釜封闭，并将装有溶液的反应釜放置到预设温度为120℃的烘箱内保温12h。待保温结束反应釜冷却到室温后，将反应液过滤，并对沉淀物多次用乙醇和纯水洗涤，完全去除残余溶剂后将沉淀物放入60℃烘箱内干燥12h。
8.（3）将干燥后的颗粒研磨，即可获得枝状、圆饼状、凹饼状不同形貌的bi2wo6光催化剂粉末。
9.本发明的效益是，采用简单的方法，在120℃较低温度下，通过控制乙二醇的用量比例调节bi2wo6光催化剂的纳米结构形貌，可获得枝状、圆饼状、凹饼状的bi2wo6。制得的bi2wo6光催化剂比表面积大，粒径小，光催化活性较高，在可见光的照射下对模拟有机污染物rhb具有良好的光催化降解能力，在污水处理领域有广阔的应用前景。
附图说明
10.图1本发明低温控制不同形貌bi2wo6光催化剂的xrd图。
11.图2本发明低温控制不同形貌bi2wo6光催化剂的sem图。
12.图3本发明低温控制不同形貌bi2wo6光催化剂对rhb的降解曲线。
具体实施方式
13.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
14.所述不同形貌的bi2wo6光催化剂纳米材料，包括以下原料：钨酸钠、硝酸铋、纯水、乙二醇、冰乙酸，原料纯度均为分析级，无需进行一步纯化可直接使用。
15.第一部分，一种低温控制不同bi2wo6光催化剂形貌的制备方法。
16.实施例1，其特征在于具体步骤为。
17.（1）bi2wo6光催化剂前驱体悬浮液的配制：用电子天平称取0.1666g的钨酸钠溶解在10ml的纯水中形成a溶液，称取0.49g的硝酸铋溶解在20ml冰乙酸溶剂中，形成b溶液，分别搅拌均匀后将a溶液缓慢滴加入b溶液，混合溶液浓度为0.03mol/l。随后将混合溶液放置在磁力搅拌器中剧烈搅拌20min，得到bi2wo6前驱体悬浮液。
18.（2）将悬浮液转移到聚四氟乙烯内衬中并用不锈钢反应釜封闭，并将装有溶液的反应釜放置到预设温度为120℃的烘箱内保温12h。待保温结束反应釜冷却到室温后，将反应液过滤，并对沉淀物多次用乙醇和纯水洗涤，完全去除残余溶剂后将沉淀物放入60℃烘箱内干燥12h。
19.（3）将干燥后的颗粒研磨，即可获得枝状bi2wo6光催化剂粉末。
20.实施例2，其特征在于具体步骤为。
21.（1）bi2wo6光催化剂前驱体悬浮液的配制：用电子天平称取0.1666g的钨酸钠溶解在10ml的纯水中形成a溶液，称取0.49g的硝酸铋溶解在由5ml乙二醇和15ml冰乙酸组成的混合溶剂（乙二醇与冰乙酸的体积比例为1:3）中，形成b溶液，分别搅拌均匀后将a溶液缓慢滴加入b溶液，混合溶液浓度为0.03mol/l。随后将混合溶液放置在磁力搅拌器中剧烈搅拌20min，得到bi2wo6前驱体悬浮液。
22.（2）将悬浮液转移到聚四氟乙烯内衬中并用不锈钢反应釜封闭，并将装有溶液的
反应釜放置到预设温度为120℃的烘箱内保温12h。待保温结束反应釜冷却到室温后，将反应液过滤，并对沉淀物多次用乙醇和纯水洗涤，完全去除残余溶剂后将沉淀物放入60℃烘箱内干燥12h。
23.（3）将干燥后的颗粒研磨，即可获得圆饼状bi2wo6光催化剂粉末。
24.实施例3，其特征在于具体步骤为:（1）bi2wo6光催化剂前驱体悬浮液的配制：用电子天平称取0.1666g的钨酸钠溶解在10ml的纯水中形成a溶液，称取0.49g的硝酸铋溶解在由10ml乙二醇和10ml冰乙酸组成的混合溶剂（乙二醇和冰乙酸的体积比例为1:1）中，形成b溶液，分别搅拌均匀后将a溶液缓慢滴加入b溶液，混合溶液浓度为0.03mol/l。随后将混合溶液放置在磁力搅拌器中剧烈搅拌20min，得到bi2wo6前驱体悬浮液。
25.（2）将悬浮液转移到聚四氟乙烯内衬中并用不锈钢反应釜封闭，并将装有溶液的反应釜放置到预设温度为120℃的烘箱内保温12h。待保温结束反应釜冷却到室温后，将反应液过滤，并对沉淀物多次用乙醇和纯水洗涤，完全去除残余溶剂后将沉淀物放入60℃烘箱内干燥12h。
26.（3）将干燥后的颗粒研磨，即可获得圆饼状bi2wo6光催化剂粉末。
27.实施例4，其特征在于具体步骤为。
28.（1）bi2wo6光催化剂前驱体悬浮液的配制：用电子天平称取0.1666g的钨酸钠溶解在10ml的纯水中形成a溶液，称取0.49g的硝酸铋溶解在由15ml乙二醇和5ml冰乙酸组成的混合溶剂（乙二醇和冰乙酸的体积比例为3：1）中，形成b溶液，分别搅拌均匀后将a溶液缓慢滴加入b溶液，混合溶液浓度为0.03mol/l。随后将混合溶液放置在磁力搅拌器中剧烈搅拌20min，得到bi2wo6前驱体悬浮液。
29.（2）将悬浮液转移到聚四氟乙烯内衬中并用不锈钢反应釜封闭，并将装有溶液的反应釜放置到预设温度为120℃的烘箱内保温12h。待保温结束反应釜冷却到室温后，将反应液过滤，并对沉淀物多次用乙醇和纯水洗涤，完全去除残余溶剂后将沉淀物放入60℃烘箱内干燥12h。
30.（3）将干燥后的颗粒研磨，即可获得凹饼状bi2wo6光催化剂粉末。
31.本发明低温控制不同形貌bi2wo6光催化剂的xrd图见图1，由图1可以看出，低温制备的不同形貌bi2wo6样品在2θ为28
°
、32
°
、47
°
、55
°
的位置上出现了衍射峰，这与bi2wo6标准衍射卡片（jcpds卡片73-1126）的（113）、（200）、（220）、（313）晶面相匹配，无其他物相的产生，表明bi2wo6的成功制备，纯度较好。
32.本发明低温控制不同形貌bi2wo6光催化剂的sem图见图2，由图2可以看出，当乙二醇与冰乙酸体积比为0时，制得的bi2wo6光催化剂颗粒细小，呈枝状，具有较大的比表面积，当乙二醇与冰乙酸体积比为1:3、1:1时，制得的bi2wo6光催化剂均呈圆饼状，当乙二醇与冰乙酸体积比为3:1时，制得的纳米片状bi2wo6光催化剂团聚呈凹饼状。
33.第二部分，光催化活性测试。
34.在100ml浓度为10mg/l的rhb溶液中加入0.1g低温制备的不同形貌bi2wo6光催化剂，黑暗下搅拌20min以达到吸附平衡，随后打开300w xe灯进行光催化降解实验，并在光源镜头安装am1.5g滤光片以模拟太阳光。每隔5分钟取一次反应溶液，针头过滤器过滤后用紫外可见分光光度计测定染料溶液的吸光度，从而判定溶液的浓度。
35.染料的降解率由吸光度的变化率来表示。按下述公式计算染液降解速率：
η=（1-）
×
100% = （1-）
×
100%其中η：rhb溶液的降解率，%；a0：rhb溶液的吸光度；a：光照t min时的rhb溶液的吸光度；c0：rhb溶液的浓度，mol/lc：光照t min时的rhb溶液的浓度，mol/l。
36.本发明低温控制不同形貌bi2wo6光催化剂对rhb的降解曲线见图3，由图3可知低温制得的枝状、圆饼状、凹饼状不同形貌bi2wo6光催化剂在可见光下具有优良的光催化性能，20-60min内对污染物降解率达50%以上，远高于其他发明制备的bi2wo6光催化剂的光催化效率。