CN101690891B - 一种可见光催化剂SnWO4的合成方法 - Google Patents
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Abstract
一种可见光催化剂SnWO4(钨酸亚锡)的合成方法，它是将等物质的量的SnCl2·2H2O和Na2WO4·2H2O分别溶于等体积的去离子水中，然后将两溶液混合，再加入CH3COONa和乙二醇，充分搅拌得到黄色乳状沉淀；将黄色乳状沉淀在密封状态下140～220℃反应8h；将反应后得到的黄绿色的沉淀进行过滤收集、洗涤、烘干、碾磨，得到可见光催化剂SnWO4。本发明中使用溶剂热合成法，能在较低温度下一步合成晶型良好的光催化剂，无需高温煅烧晶化。得到的可见光催化剂SnWO4催化活性高。
Description
技术领域
本发明涉及一种光催化剂的合成，尤其是可见光催化剂的合成，具体的说是一种新型可见光催化剂SnWO4(钨酸亚锡)的合成方法。
背景技术
光催化正式在环境保护与治理上的应用研究开始于20世纪70年代后期。Fank和Bard关于水中氰化物在TiO2上的光分解研究以及Carey等关于多氯联苯在TiO2/紫外光下的降解研究，为光催化的迅速发展起到了极大的推动作用。光催化技术利用半导体材料在光照下表面能受激活化的特性，利用光能可有效地氧化分解有机物、还原重金属离子、杀灭细菌和消除异味。由于光催化技术可利用太阳能在室温下发生反应，比较经济；目前关于光催化剂对各种有机物氧化降解的普适性已经成为共识，虽然不同的有机物由于结构、组成上的差异在降解活性上有一些差别，但总体上看光催化基本上是一个没有选择性的化学过程。所以未来光催化研究应该集中在机理的深刻认识、光响应范围宽和量子效率高的催化剂的制备、光催化技术工程化和新型的光催化产品开发等四个方面。
为了更有效地利用太阳光，扩大光催化剂的光响应范围，研究在可见光下具有高效光催化活性的催化材料非常有意义，寻求廉价、环境友好并具有高性能的可见光光催化材料将是光催化发展进一步走向实用化的必然趋势。目前国内对于新型的可见光催化剂的研究较少，目前报道可见光催化剂的SnWO4的合成方法只有固相合成法。
固相合成法(参见：In-Sun Cho，Chae Hyun Kwak，Dong Wook Kim，Sangwook Lee，and Kug Sun Hong.Photophysical，Photoelectrochemical and Photocatalytic Properties ofNovel SnWO4 Oxide Semiconductors with Narrow Band Gaps·J Phys Chem C 2009(113)：10647～10653)，该法是以SnO和WO3机械混合后直接在800℃高温下烧结一定时间得到光催化剂SnWO4(钨酸亚锡)，该方法合成条件苛刻，反应温度高，对设备要求高，能耗高，先驱材料的混合缺乏均匀性，合成催化剂产品颗粒粒径较大，分布不均匀，比表面积较小，污染物在催化剂表面的吸附较小，从而可见光催化的活性不高。
综上所述，现有的方法对设备要求高、能耗高，操作复杂，条件苛刻，故需要开发简单低能耗的合成方法，能够合成具有高活性的可见光催化剂SnWO4(钨酸亚锡)，能在可见光照射下分解降解有机物，长期发展具有较好的环境效益和经济效益。
发明内容
本发明的目的是使用新的合成方法，合成具有高可见光催化活性的SnWO4(钨酸亚锡)，实现难降解有机物的可见光降解。
本发明目的可以通过以下技术方案达到：
一种可见光催化剂SnWO4(钨酸亚锡)的合成方法，其步骤如下：
(A)按物质的量的理论比例为1∶1，分别称取SnCl2·2H2O和Na2WO4·2H2O固体；
(B)将SnCl2·2H2O和Na2WO4·2H2O分别加入到等量去离子水中溶解，溶解后将两溶液混合，再加入10倍SnCl2·2H2O的物质的量的CH3COONa和乙二醇，充分搅拌得到黄色乳状沉淀；
(C)将黄色乳状沉淀在密封状态下140～220℃反应8h；
(D)将反应后得到的黄绿色的沉淀进行过滤收集、洗涤、烘干、碾磨，得到可见光催化剂SnWO4。
上述的可见光催化剂SnWO4的合成方法，其特征是：所述的步骤(B)中，去离子水的用量为3mmol的SnCl2·2H2O固体和3mmol的Na2WO4·2H2O(3mmo1)固体各用去离子水7.5ml溶解，乙二醇的用量为135ml。
上述的可见光催化剂SnWO4的合成方法，其特征是：所述的步骤(B)中充分搅拌是将混合物在常温磁力搅拌30min，使其充分混合。
可以将上述制得的SnWO4(钨酸亚锡)光催化剂以一定量加入到目标污染物溶液中，先磁力搅拌暗反应30min，再在可见光照射下反应，进行目标污染物可见光降解。
本发明方法合成可见光催化剂SnWO4(钨酸亚锡)相对现有方法而言具有以下优点：
(1)乙二醇是一种高沸点的还原剂，广泛的应用于多元醇合成单分散金属和金属氧化物纳米粒子，在SnWO4的合成过程中起溶剂和晶体结构生长调节剂的作用。
(2)通过改变反应环境，可以得到不同结构的和形貌的纳米粉体，通过控制水热反应条件(反应温度、反应时间)，可得到不同粒度的产物。
(3)溶剂热法可直接得到结晶良好的粉体，无须经过高温煅烧晶化，减少了煅烧过程中难以避免的粉体硬团聚。
(4)溶剂热法合成温度较低，对设备要求低。
本发明的有益效果如下：
1、不同温度下合成的光催化剂SnWO4(钨酸亚锡)对目标污染物甲基橙的光照降解90min后的去除率达98.5％以上，其中在180℃下合成的催化剂，对目标污染物甲基橙的去除率达99.9％，见下表1，因而，该发明具有良好的环境效益。
表1
| 实施例 | 合成温度 | 初始浓度 | 暗反应后 | 光催化反应后 | 总去除率 |
| 实施例一 | 140℃ | 20.22 | 19.98 | 0.42 | 97.9％ |
| 实施例二 | 160℃ | 21.27 | 20.95 | 0.30 | 98.59％ |
| 实施例三 | 180℃ | 20.86 | 20.86 | 0.015 | 99.9％ |
| 实施例四 | 200℃ | 19.61 | 18.50 | 0.075 | 99.6％ |
| 实施例五 | 220℃ | 21.06 | 19.96 | 0.075 | 99.64％ |
2、本发明中使用溶剂热合成法，能在较低温度下一步合成晶型良好的光催化剂，无需高温煅烧晶化。
具体实施方式
实施例一
首先称取3mmol的SnCl2·2H2O和3mmol的Na2WO4·2H2O固体，分别加入一定量的去离子水，在磁力搅拌下，将钨酸钠溶液慢慢加入到氯化亚锡溶液中，再加入30mmol的CH3COONa和135ml乙二醇，磁力搅拌30min，使混合物完全混合，将处理后的混合物移入到聚四氟乙烯的反应罐中，置于不锈钢反应釜中，密封放入烘箱中，溶剂热反应温度140℃，水热反应8h后，从烘箱中取出反应釜，待冷却到室温后，取出聚四氟乙烯反应罐，得到黄绿色沉淀，将沉淀通过装有0.45μm滤膜的滤斗过滤，并用蒸馏水反复洗涤沉淀，然后将沉淀连同滤斗一起放入烘箱中75℃恒温干燥4h，待烘干后用玛瑙钵研细后备用，称取0.400g上述催化剂，加入到200ml初始浓度为20.22mg/l的甲基橙溶液中，暗反应30min再用日光镝灯照射，光源功率400w，离液面15cm，定时取样，用752-N型紫外-可见分光度计测量样品的吸光度，根据甲基橙的标准曲线，计算光催化反应后不同时间的溶液浓度，暗反应30min后，染料甲基橙的浓度为19.98mg/l，光催化反应90min后，染料甲基橙的浓度为0.42mg/l，甲基橙总去除率达到了97.9％。
实施例二：
溶剂热反应在160℃下进行，其它合成条件同实施例一，称取0.400g上述催化剂，加入到200ml初始浓度为21.27mg/l的甲基橙溶液中，其它反应条件相同，暗反应30min后，染料甲基橙的浓度为20.95mg/l，光催化反应90min后，染料甲基橙的浓度为0.30mg/l，染料总去除率达到了98.59％。
实施例三：
溶剂热反应在180℃下进行，其他合成条件通实施例一，取0.400g上述催化剂，加入到200ml初始浓度为21.12mg/l的甲基橙溶液中，其他反应条件相同，暗反应后30min，甲基橙的浓度为20.86mg/l，光催化反应90min后，染料甲基橙的浓度为0.015mg/l，甲基橙的总去除率达到了99.9％。
实施例四：
溶剂热反应在200℃下进行，其他合成条件同实施例一，称取0.400g上述催化剂，加入到200ml初始浓度为19.61mg/l的甲基橙溶液中，其他反应条件相同，暗反应30min后，甲基橙的浓度为18.50mg/l，光催化反应90min后，染料甲基橙的浓度为0.075mg/l，甲基橙的总去除率达到了99.6％。
实施例五：
溶剂热反应在220℃下进行，其他合成条件同实施例一，称取0.400g上述催化剂，加入到200ml初始浓度为21.06mg/l的甲基橙溶液中，其他反应条件相同，暗反应30min后，甲基橙的浓度为19.96mg/l，光催化反应90min后，染料甲基橙的浓度为0.075mg/l，甲基橙的总去除率达到了99.64％。
Claims (3)
1.一种可见光催化剂SnWO4的合成方法，其特征是它由如下步骤组成：
(A)按物质的量的理论比例为1∶1，分别称取SnCl2·2H2O和Na2WO4·2H2O固体；
(B)将SnCl2·2H2O和Na2WO4·2H2O分别加入到等量去离子水中溶解，溶解后将两溶液混合，再加入10倍SnCl2·2H2O的物质的量的CH3COONa和乙二醇，充分搅拌得到黄色乳状沉淀；
(C)将黄色乳状沉淀在密封状态下140～220℃反应8h；
(D)将反应后得到的黄绿色的沉淀进行过滤收集、洗涤、烘干、碾磨，得到可见光催化剂SnWO4。
2.根据权利要求1所述的可见光催化剂SnWO4的合成方法，其特征是：所述的步骤(B)中，去离子水的用量为3mmol的SnCl2·2H2O固体和3mmol的Na2WO4·2H2O(3mmol)固体各用去离子水7.5ml溶解，乙二醇的用量为135ml。
3.根据权利要求1所述的可见光催化剂SnWO4的合成方法，其特征是：所述的步骤(B)中充分搅拌是将混合物在常温磁力搅拌30min，使其充分混合。
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