CN102773105B - 一种负载型钨酸铋光催化剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种负载型钨酸铋光催化剂及其制备方法，属于无机功能材料领域。本发明的技术方案要点为：一种负载型钨酸铋光催化剂，是通过将钨酸铋与载体颗粒硅藻土复合而形成的，载体颗粒硅藻土上负载有软磁性Ni_0.4Zn_0.6Fe₂O₄，其中硅藻土与软磁性Ni_0.4Zn_0.6Fe₂O₄的质量比为6~15:1，负载型钨酸铋光催化剂为硅藻土/Ni_0.4Zn_0.6Fe₂O₄/Bi₂WO₆负载型钨酸铋光催化剂，其中负载Ni_0.4Zn_0.6Fe₂O₄的软磁性硅藻土与钨酸铋的质量比为1~3:1。本发明还公开了制备该负载型钨酸铋光催化剂的方法。本发明与现有技术相比具有以下优点：硅藻土的多孔结构及较强的吸附吸性能可以维持钨酸铋悬浮体系较高的光催化效率；利用磁性技术来回收光催化剂，简化分离过程，降低操作费用；本发明方法简单，易控制，成本低。

Description

一种负载型钨酸铋光催化剂及其制备方法

技术领域

本发明属于无机环保光催化材料技术领域，涉及一种负载型光催化剂的制备方法，具体涉及一种硅藻土/ Ni_0.4Zn_0.6Fe₂O₄/ Bi₂WO₆负载型钨酸铋光催化剂及其制备方法。

背景技术

    环境污染是当前人类面临的重大挑战，利用光催化技术治理环境问题是目前最活跃的研究领域之一，寻找高效率的光催化剂是该领域的首要任务。早期的研究主要集中在TiO₂光催化剂上，它具有催化活性高、稳定性好、价格便宜、无毒等优良性能，因而备受青睐。但是TiO₂禁带宽度为3.2eV，只有在波长小于387nm 的紫外线下才能激发其催化活性。在到达地面的太阳能中, 这一波段的能量尚不足5%，而可见光部分的比例却占到太阳能的45% 左右。因此，设计高效响应的可见光催化剂成为光催化科学和污染控制所面临的重大研究课题之一。

钨酸铋（Bi₂WO₆）光催化剂以其独特的电子结构、优良的可见光吸收能力和较高的有机物降解能力，被认为是一种潜在的优良可见光催化材料。但是纳米钨酸铋光催化剂在使用过程中一方面容易团聚致使光催化活性降低，另一方面由于其粒径太小导致其分离及回收再生困难。所以，用于废水处理时，必须将钨酸铋负载于一定的载体上才能使用。硅藻土是由硅藻及其它微生物的硅质遗骸组成的生物硅质岩，具有独特的微孔结构，比表面积大，堆密度小，孔体积大、稳定、无毒及吸附性强等特点，是一种理想的催化剂载体。它不仅可以将钨酸铋颗粒均匀分散于其表面避免团聚现象的发生，同时还可以综合硅藻土的吸附功能，从而提高光催化剂的催化活性。尽管将钨酸铋负载在硅藻土上可以提高其光催化活性，然而在工程应用上，悬浮体系光催化剂粉末使用后需要过滤将其分离回收, 在分离过程中相当一部分催化剂流失, 同时回收的催化剂活性也有所降低。为了降低分离过程中催化剂的流失，也有报道将纳米钨酸铋直接负载于磁性纳米颗粒上形成核壳结构的磁性纳米光催化剂，然后借助外加磁场可以很容易实现光催化剂的分离。但由于纳米磁性材料的孔体积和比表面小，催化剂的负载量低，在光催化过程中降低了复合光催化剂的光催化活性。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种光催化活性高、易分离回收的软磁性负载型钨酸铋光催化剂。

本发明解决的另一个技术问题是提供了一种操作简单、易于控制、成本低廉的负载型钨酸铋光催化剂的制备方法。

本发明的技术方案为：一种负载型钨酸铋光催化剂，其特征在于：所述的负载型钨酸铋光催化剂是通过将钨酸铋与载体颗粒硅藻土复合而形成的。本发明所述的负载型钨酸铋光催化剂，其特征在于：所述的载体颗粒硅藻土上负载有软磁性Ni_0.4Zn_0.6Fe₂O₄，其中硅藻土与软磁性Ni_0.4Zn_0.6Fe₂O₄的质量比为6~15:1。本发明所述的负载型钨酸铋光催化剂，其特征在于：所述的负载型钨酸铋光催化剂为硅藻土/ Ni_0.4Zn_0.6Fe₂O₄/ Bi₂WO₆负载型钨酸铋光催化剂，其中负载Ni_0.4Zn_0.6Fe₂O₄的软磁性硅藻土与钨酸铋的质量比为1~3:1。

本发明所述的负载型钨酸铋光催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）、将氯化镍、氯化锌和氯化铁按摩尔比1：1.5：5用去离子水配成混合水溶液，搅拌溶解后加氨水调节溶液的pH值为10~11，加入硅藻土，其中加入硅藻土的质量为软磁性Ni_0.4Zn_0.6Fe₂O₄质量的6~15倍，搅拌均匀后移至水热反应釜中，在180-220℃下保持6-24小时后，经冷却，过滤，洗涤、干燥后得负载Ni_0.4Zn_0.6Fe₂O₄的软磁性硅藻土；（2）、配制钨酸铵（H₄₀N₁₀O₄₁W₁₂）和硝酸铋（Bi(NO₃)₃）水溶液，在搅拌的条件下分别向钨酸铵溶液和硝酸铋溶液中加入酒石酸溶液形成透明溶液A和B，钨酸铵溶液中加入酒石酸溶液的量为n（酒石酸）：n（H₄₀N₁₀O₄₁W₁₂）=18:1，硝酸铋溶液中加入酒石酸溶液的量为n（酒石酸）：n（Bi(NO₃)₃）=1.5:1；（3）、将步骤（2）所得的透明溶液A和B按照摩尔比为n（H₄₀N₁₀O₄₁W₁₂）：n（Bi(NO₃)₃）= 1：24的比例混合得透明混合溶液C，在搅拌条件下将步骤（1）所得软磁性硅藻土加入到上述混合溶液C中得混合溶液D，其中加入软磁性硅藻土的质量为钨酸铋质量的1~3倍，然后混合溶液D在80℃的水浴中保持24小时得湿凝胶，湿凝胶经110℃干燥得干凝胶；（4）、将步骤（3）所得干凝胶转移到马弗炉中在500-650℃保持6-36小时后得到具有高催化活性的负载型钨酸铋光催化剂。本发明所述的负载型钨酸铋光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中氯化镍、氯化锌和氯化铁混合水溶液中金属离子的总摩尔浓度为0.05mol/L。本发明所述的负载型钨酸铋光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中酒石酸溶液的摩尔浓度为0.1mol/L。

本发明与现有技术相比具有以下显著优点：1、硅藻土的多孔结构及较强的吸附性能可以维持钨酸铋悬浮体系较高的光催化效率；2、利用磁性技术来回收光催化剂，简化分离过程，降低操作费用；3、本发明方法简单，易控制，成本低。

具体实施方式

    结合以下实施例进一步描述本发明。应该指出，本发明并非局限于下述各实施例。

实施例1

（1）、将物质的量分别为0.1×10^-3mol、0.15×10^-3mol、0.5×10^-3mol的氯化镍、氯化锌和氯化铁用去离子水配成混合水溶液，使金属离子的总浓度为0.05mol/L，搅拌溶解后加氨水调节溶液的pH值至10，加入相当于上述体系软磁性Ni_0.4Zn_0.6Fe₂O₄质量6倍的硅藻土，搅拌均匀后移至水热反应釜中，在180℃下保持24小时后，经冷却，过滤，洗涤、干燥后得负载Ni_0.4Zn_0.6Fe₂O₄的软磁性硅藻土；

（2）、配制浓度为0.001mol/L的钨酸铵溶液和浓度为0.024mol/L硝酸铋溶液各50mL，在搅拌的条件下，将9mL和18mL浓度均为0.1mol/L的酒石酸溶液分别加入到钨酸铵和硝酸铋溶液中形成透明溶液A和B；

（3）、将步骤（2）所得的透明溶液A和B混合得透明混合溶液C，在搅拌条件下将步骤（1）所得0.42g软磁性硅藻土加入到上述混合溶液C中得混合溶液D，然后混合溶液D在80℃的水浴中保持24小时得湿凝胶，湿凝胶经110℃干燥得干凝胶；

（4）、将步骤（3）所得干凝胶转移到马弗炉中在500℃保持36小时后得到具有高催化活性的负载型钨酸铋光催化剂。

实施例2

（1）、将物质的量分别为0.14×10^-3mol、0.21×10^-3mol、0.7×10^-3mol的氯化镍、氯化锌和氯化铁用去离子水配成混合水溶液，使金属离子的总浓度为0.05mol/L，搅拌溶解后加氨水调节溶液的pH值至10，加入相当于上述体系Ni_0.4Zn_0.6Fe₂O₄质量9倍的硅藻土，搅拌均匀后移至水热反应釜中，在200℃下保持12小时后，经冷却，过滤，洗涤、干燥后得负载Ni_0.4Zn_0.6Fe₂O₄的软磁性硅藻土；

（2）、配制浓度为0.001mol/L的钨酸铵溶液和浓度为0.024mol/L硝酸铋溶液各50mL，在搅拌的条件下，将9mL和18mL浓度均为0.1mol/L的酒石酸溶液分别加入到钨酸铵和硝酸铋溶液中形成透明溶液A和B；

（3）、将步骤（2）所得的透明溶液A和B混合得透明混合溶液C，在搅拌条件下将步骤（1）所得0.84g软磁性硅藻土加入到上述混合溶液C中得混合溶液D，然后混合溶液D在80℃的水浴中保持24小时得湿凝胶，湿凝胶经110℃干燥得干凝胶；

（4）、将步骤（3）所得干凝胶转移到马弗炉中在600℃保持12小时后得到具有高催化活性的负载型钨酸铋光催化剂。

实施例3

（1）、将物质的量分别为0.132×10^-3mol、0.198×10^-3mol、0.66×10^-3mol的氯化镍、氯化锌和氯化铁用去离子水配成混合水溶液，使金属离子的总浓度为0.05mol/L，搅拌溶解后加氨水调节溶液的pH值至11，加入相当于上述体系Ni_0.4Zn_0.6Fe₂O₄质量15倍的硅藻土，搅拌均匀后移至水热反应釜中，在220℃下保持6小时后，经冷却，过滤，洗涤、干燥后得负载Ni_0.4Zn_0.6Fe₂O₄的软磁性硅藻土；

（2）、配制浓度为0.001mol/L的钨酸铵溶液和浓度为0.024mol/L硝酸铋溶液各50mL，在搅拌的条件下，将9mL和18mL浓度均为0.1mol/L的酒石酸溶液分别加入到钨酸铵和硝酸铋溶液中形成透明溶液A和B；

（3）、将步骤（2）所得的透明溶液A和B混合得透明混合溶液C，在搅拌条件下将步骤（1）所得1.26g软磁性硅藻土加入到上述混合溶液C中得混合溶液D，然后混合溶液D在80℃的水浴中保持24小时得湿凝胶，湿凝胶经110℃干燥得干凝胶；

（4）、将步骤（3）所得干凝胶转移到马弗炉中在650℃保持6小时后得到具有高催化活性的负载型钨酸铋光催化剂。

以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。

Claims (3)

1.一种负载型钨酸铋光催化剂的制备方法，所述的负载型钨酸铋光催化剂是通过将钨酸铋与载体颗粒硅藻土复合而形成的，所述的载体颗粒硅藻土上负载有软磁性Ni_0.4Zn_0.6Fe₂O₄，其中硅藻土与软磁性Ni_0.4Zn_0.6Fe₂O₄的质量比为6~15:1，所述的负载型钨酸铋光催化剂为硅藻土/ Ni_0.4Zn_0.6Fe₂O₄/ Bi₂WO₆负载型钨酸铋光催化剂，其中负载Ni_0.4Zn_0.6Fe₂O₄的软磁性硅藻土与钨酸铋的质量比为1~3:1，其特征在于包括以下步骤：（1）、将氯化镍、氯化锌和氯化铁按摩尔比1:1.5:5用去离子水配成混合水溶液，搅拌溶解后加氨水调节溶液的pH值为10-11，加入硅藻土，其中加入硅藻土的质量为软磁性Ni_0.4Zn_0.6Fe₂O₄质量的6-15倍，搅拌均匀后移至水热反应釜中，在180-220℃下保持6-24小时后，经冷却，过滤，洗涤、干燥后得负载Ni_0.4Zn_0.6Fe₂O₄的软磁性硅藻土；（2）、配制钨酸铵（H₄₀N₁₀O₄₁W₁₂）和硝酸铋（Bi(NO₃)₃）水溶液，在搅拌的条件下分别向钨酸铵溶液和硝酸铋溶液中加入酒石酸溶液形成透明溶液A和B，钨酸铵溶液中加入酒石酸溶液的量为n（酒石酸）：n（H₄₀N₁₀O₄₁W₁₂）=18:1，硝酸铋溶液中加入酒石酸溶液的量为n（酒石酸）：n（Bi(NO₃)₃）=1.5:1；（3）、将步骤（2）所得的透明溶液A和B按照摩尔比为n（H₄₀N₁₀O₄₁W₁₂）：n（Bi(NO₃)₃）= 1:24的比例混合得透明混合溶液C，在搅拌条件下将步骤（1）所得软磁性硅藻土加入到上述混合溶液C中得混合溶液D，其中加入软磁性硅藻土的质量为钨酸铋质量的1-3倍，然后混合溶液D在80℃的水浴中保持24小时得湿凝胶，湿凝胶经110℃干燥得干凝胶；（4）、将步骤（3）所得干凝胶转移到马弗炉中在500-650℃保持6-36小时后得到具有高催化活性的负载型钨酸铋光催化剂。

2.根据权利要求1所述的负载型钨酸铋光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中氯化镍、氯化锌和氯化铁混合水溶液中金属离子的总摩尔浓度为0.05mol/L。

3.根据权利要求1所述的负载型钨酸铋光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中酒石酸溶液的摩尔浓度为0.1mol/L。