CN101279276B - 钨酸/溴化银可见光光催化剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种钨酸/溴化银可见光光催化剂，由钨酸和溴化银构成，溴化银负载在钨酸表面，溴化银占总重量的26.6-53.2％。该催化剂的制备方法包括以下步骤：(1)配置浓度为0.1mol/l的钨酸钠水溶液，按体积比1∶1的比例将所配钨酸钠溶液放入浓度为6mol/l的硝酸中，在150-200℃温度下回流后，所得到沉淀物，用去离子水冲洗至pH＝7，制得钨酸；(2)将所制得钨酸放入马弗炉中加热退火；(3)将钨酸加入到硝酸银水溶液中，加入溴代乙烷，所得沉淀物清洗、过滤、烘干，即得钨酸/溴化银光催化剂。本发明制得的钨酸/溴化银光催化剂具有光催化活性高、易分离、对太阳能利用高的特点，可用于光解水、分解有机物及杀菌等，其效果好于光催化材料P25。

Description

钨酸/溴化银可见光光催化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种应用于分解水制氢或分解空气和水中污染物的光催化剂及其制备方法，属于光催化材料技术领域。
背景技术
随着资源过度开发利用和环境污染的加重，人类可用资源越来越短缺，生活环境受到越来越严重的破坏，能源和环境问题成为当今世界关注的两大主要问题。目前世界能源主要依赖不可再生的化石资源，我国能源总消耗的90％以上为不可再生的化石能源。如何来解决当前能源危机？太阳能资源丰富，一年到达地球总量为5.5×1026J，为现在全球一年能源消耗的一万倍；如果能制备出高效的光催化材料，利用太阳能制备氢气来缓解能源危机将有重大的实用意义；工业和家用废气及废水中时常含有较多有机污染物，这类富营养化的废水及废气会给生态环境带来严重地破坏。随着国际环境标准(ISO 14001，October 1996)要求日益严格化，有机污染的治理技术也得到快速发展。近年来光催化在能源开发和环境保护中的应用日益受到人们的重视。
光催化材料一直是科学研究的热点之一。上世纪七十年代初，日本东京大学Fujishima和Honda研究发现，利用二氧化钛单晶光催化反应使水分解成氢和氧。此后，各国学者围绕二氧化钛光催化材料进行了广泛的研究。光催化的原理可用半导体的能带理论来解释：当用能量等于或高于半导体材料的禁带宽度的光照射时，价带电子受激发跃迁至导带，同时在价带上产生相应的空穴，形成电子空穴对；光生电子、空穴在内部电场作用下分离并迁移到材料表面，发生氧化还原反应。光催化反应是在光诱导下的物理化学过程，能够实现光分解水制氢和净化空气和水的作用。
要实现光催化分解水制氢或分解空气和水中的污染物，光催化材料必须满足两个条件：首先，其禁带宽度要大于水或者污染物的分解电压，其次价带位置应比O2/H2O的电位更正，而导带的位置应比H+/H2更负。传统光催化材料满足上述两个条件，但是其能带带隙大于3.0eV，所以只能利用太阳光中的紫外光。然而，紫外光的能量仅占太阳能的4％，而可见光则占43％。
当前，人们所应用的主要光催化材料为具有特定晶形的二氧化钛，简称P25，其已被广泛应用于净化空气。由于其能带较高，对太阳光能量的利用率太低，因此各国都在致力与寻找高效的可见光光催化剂。
基于二氧化钛的改性光催化材料能有效地扩展可见光的吸收范围，但阳离子的改性显著降低光量子转换效率，阴离子的改性(N或C)在光照下容易光分解，具有不稳定性。因此，研究和开发具有可见光响应的新一代高效光催化材料是提高太阳能光催化制氢、净化空气和水的作用的关键。
钨酸即水合三氧化钨是一种性能良好的光致变色材料，但其不稳定性制约了其在光催化领域的应用。溴化银作为一种光敏材料，对光有很好的响应，但是其能带比较高，只能吸收紫外光，且在光照下不稳定。
发明内容
本发明针对目前通用的光催化材料P25存在的对太阳能的利用率低、反复使用过程中难以分离等问题，提供一种光催化活性高、易分离，对太阳能利用高的钨酸/溴化银可见光光催化剂，并提供一种该催化剂的制备方法。
本发明的钨酸/溴化银可见光催化剂由钨酸和溴化银构成，化学式是H2WO4/AgBr，溴化银负载在钨酸表面，溴化银占总重量的65.3-79％。
上述钨酸/溴化银可见光光催化剂的制备方法包括以下步骤：
(1)制备钨酸：配置浓度为0.1mol/l的钨酸钠水溶液，按体积比1∶1的比例将所配钨酸钠水溶液放入浓度为6mol/l的硝酸中，充分搅拌使溶液完全溶解，再将溶液转移到微波回流装置中，在150℃-200℃温度下回流3小时-5小时，得到黄色沉淀物，用去离子水冲洗至pH＝7，制得钨酸；
(2)钨酸后处理：将步骤(1)所制得钨酸，放入马弗炉中加热至温度200℃-900℃，退火2小时-3小时；
(3)制备钨酸/溴化银光催化剂：将步骤(2)退火处理后的钨酸加入到浓度为0.05mol/l的硝酸银水溶液中，每0.1g钨酸加入到20ml-40ml硝酸银水溶液中，搅拌2小时-3小时，逐滴加入溴代乙烷，至完全沉淀，所得沉淀物用去离子水清洗至pH＝7.0，然后用乙醇清洗一遍，过滤后60℃烘干，即得钨酸/溴化银光催化剂。
本发明针对三氧化钨和溴化银的缺点，利用钨酸跟溴化银的复合，有效地抑制了溴化银的分解和三氧化钨的自身还原，保证了其在光照下的稳定性，同时利用钨酸及溴化银的带隙窄、可有效吸收可见光的特点增强了体系对可见光的吸收，能够更充分的利用太阳光的能量，制得的钨酸/溴化银光催化剂具有光催化活性高、易分离、对太阳能利用高的特点，可用于光解水、分解有机物及杀菌等，其效果远好于当前普遍使用的光催化材料P25。
具体实施方式
实施例1
(1)钨酸的制备：配置浓度为0.1mol/l的钨酸钠水溶液，取50ml所配钨酸钠溶液放入50ml浓度为6mol/l的硝酸中，搅拌10分钟后，使溶液完全溶解，再将溶液转移到微波回流装置中，在150℃回流5小时。所得黄色沉淀用去离子水冲洗直到pH＝7，制得钨酸。
(2)钨酸的后处理：将步骤(1)所制得钨酸，放入马弗炉中加热到200℃退火3小时。
(3)钨酸/溴化银光催化剂的制备：取步骤(2)所制钨酸0.5g加入到100ml浓度为0.05mol/l的硝酸银水溶液中搅拌2小时，逐滴加入溴代乙烷，至完全沉淀。所得沉淀物用去离子水清洗数遍至pH＝7.0，然后用乙醇清洗一遍，过滤，60℃烘干，即得钨酸/氯化银光催化剂。
实施例2
(1)钨酸的制备：配置浓度为0.1mol/l的钨酸钠水溶液，取50ml所配钨酸钠溶液放入50ml浓度为6mol/l的硝酸中，搅拌8分钟，待溶液完全溶解后，再将溶液转移到微波回流装置中在160℃回流4.5小时。所得黄色沉淀用去离子水冲洗直到pH＝7，制得钨酸。
(2)钨酸的后处理：将步骤(1)所制得钨酸放入马弗炉中加热到400℃退火3小时。
(3)钨酸/溴化银光催化剂的制备：取步骤(2)所制钨酸0.5g加入到200ml浓度为0.05mol/l的硝酸银水溶液中搅拌2小时，逐滴加入溴代乙烷，至完全沉淀。所得沉淀物用去离子水清洗数遍至pH＝7.0，然后用乙醇清洗一遍，过滤，60℃烘干，即得钨酸/溴化银光催化剂。
实施例3
(1)钨酸的制备：配置浓度为0.1mol/l的钨酸钠水溶液，取50ml所配钨酸钠溶液放入50ml浓度为6mol/l的硝酸中，搅拌5分钟，待溶液完全溶解后，再将溶液转移到微波回流装置中在180℃回流4小时。所得黄色沉淀用水冲洗直到pH＝7，制得钨酸。
(2)钨酸的后处理：将步骤(1)所制得钨酸放入马弗炉中加热到600℃退火2.5小时。
(3)钨酸/溴化银光催化剂的制备：取步骤(2)所制钨酸0.5g加入到150ml浓度为0.05mol/l的硝酸银水溶液中搅拌2.5小时，逐滴加入溴代乙烷，至完全沉淀。所得沉淀物用去离子水清洗数遍至pH＝7.0，然后用乙醇清洗一遍，过滤，60℃烘干，即得钨酸/溴化银光催化剂。
实施例4
(1)钨酸的制备：配置浓度为0.1mol/l的钨酸钠水溶液，取50ml所配钨酸钠溶液放入50ml浓度为6mol/l的硝酸中，搅拌6分钟，待溶液完全溶解后，再将溶液转移到微波回流装置中在200℃回流3小时。所得黄色沉淀用水冲洗直到pH＝7，制得钨酸。
(2)钨酸的后处理：将步骤(1)所制得钨酸放入马弗炉中加热到900℃退火2小时。
(3)钨酸/溴化银光催化剂的制备：取步骤(2)所制钨酸0.5g加入到180ml浓度为0.05mol/l的硝酸银水溶液中搅拌3小时，逐滴加入溴代乙烷，至完全沉淀。所得沉淀物用去离子水清洗数遍至pH＝7.0，然后用乙醇清洗一遍，过滤，60℃烘干，即得钨酸/溴化银光催化剂。

Claims (3)

1.一种钨酸/溴化银可见光光催化剂，其特征在于，由钨酸和溴化银构成，化学式是H2WO4/AgBr，溴化银负载在钨酸表面。
2.根据权利要求1所述钨酸/溴化银可见光光催化剂，其特征在于，溴化银占总重量的65.3-79％。
3.一种权利要求1所述钨酸/溴化银可见光光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备钨酸：配置浓度为0.1mol/l的钨酸钠水溶液，按体积比1∶1的比例将所配钨酸钠水溶液放入浓度为6mol/l的硝酸中，充分搅拌使溶液完全溶解，再将溶液转移到微波回流装置中，在150℃-200℃温度下回流3小时-5小时，得到黄色沉淀物，用去离子水冲洗至pH＝7，制得钨酸；
(2)钨酸后处理：将步骤(1)所制得钨酸，放入马弗炉中加热至温度200℃-900℃，退火2小时-3小时；
(3)制备钨酸/溴化银光催化剂：将步骤(2)退火处理后的钨酸加入到浓度为0.05mol/l的硝酸银水溶液中，每0.1g钨酸加入到20ml-40ml硝酸银水溶液中，搅拌2小时-3小时，逐滴加入溴代乙烷，至完全沉淀，所得沉淀物用去离子水清洗至pH＝7.0，然后用乙醇清洗一遍，过滤后60℃烘干，即得钨酸/溴化银光催化剂。
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