CN102941082A - 一种可循环使用且能高效降解苯酚的光催化剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种可循环使用且能高效降解苯酚的光催化剂的制备方法，光催化剂为Bi₂WO₆，步骤是：将Na₂WO₄·2H₂O溶于去离子水中，加入聚乙烯吡咯烷酮，得溶液A；将Bi(NO₃)₃·5H₂O溶于HNO₃溶液中，得溶液B；搅拌下将溶液B滴加到溶液A中，搅拌得到混合液；将混合液转移至聚四氟乙烯为内胆的反应釜中，180^ｏC水热条件下恒温反应16h；将得到的沉淀，分别用去离子水和无水乙醇清洗后，将产物自然风干即可制得目标物Bi₂WO₆光催化剂。本发明的优点是：该方法制备的Bi₂WO₆光催化剂在紫外光下对苯酚有较高的催化活性，易于分离，稳定性能好，可循环使用；该制备方法工艺简单、成本低廉，有利于大规模生产。

Description

一种可循环使用且能高效降解苯酚的光催化剂的制备方法

技术领域

本发明属于半导体光催化领域，特别是一种可循环使用且能高效降解苯酚的光催化剂的制备方法。

背景技术

苯酚及其衍生物已经广泛地应用于合成橡胶、纤维、塑料、医药、农药、染料、涂料等各种化工行业中，然而这些有机物在环境中很难被降解，事实上此类有机物的高毒性和高至畸性已经威胁到了人类与生态的健康。早在1976年,美国环境保护署已经将苯酚及其衍生物确定为优先污染物，但社会的快速发展却增大了对此类物质的需求，因此亟待需要寻求一种成本低廉、环境友好的处理方法来去除环境中的苯酚及其衍生物。

光催化技术作为一种高级氧化技术，能够有效地降解水中多种有机物，成本低廉且不会造成二次污染，因此该技术受到越来越多的关注。目前应用最多的光催化剂是TiO₂，然而TiO₂在降解水中有机物时存在很多缺陷，如价带过宽、不易从反应体系中分离、易造成二次污染、不利于循环使用等，这都限制了TiO₂更广泛的应用。寻求制备可循环使用且能高效降解有机污染物的光催化剂，成为现在光催化研究领域面临的一大难题。Bi₂WO₆具有独特的物理和光化学性质，在光催化降解有机污染物上表现出了巨大的潜力。因此，越来越多的课题组致力于研究Bi₂WO₆光催化剂的制备和应用，但诸多合成的Bi₂WO₆光催化剂都应用于降解水中的有机染料，对于苯酚的降解研究很少。甚至有些Bi₂WO₆光催化不能实现多次回收循环使用，稳定性能很差。因此迫切需要研究制备一种可回收循环使用且对苯酚及其衍生物具有高效催化活性的Bi₂WO₆光催化剂。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种可循环使用且能高效降解苯酚的光催化剂的制备方法，能够制备具有良好稳定性和高催化活性的Bi₂WO₆光催化剂的方法，这种催化剂不仅对苯酚有较高的催化活性，稳定性良好，而且易于从反应体系中回收循环利用。

本发明的技术方案：

一种可循环使用且能高效降解苯酚的光催化剂的制备方法，所述光催化剂的分子式为Bi₂WO₆，步骤如下：

1）将Na₂WO₄·2H₂O溶于去离子水中，Na₂WO₄·2H₂O与去离子水的用量比为0.016-0.017g/mL，然后加入聚乙烯吡咯烷酮（PVP），Na₂WO₄·2H₂O与PVP的质量比为16-17：1，搅拌得到透明溶液A；

2）将Bi(NO₃)₃·5H₂O溶于浓度为1.0mol/L的HNO₃溶液中，Bi(NO₃)₃·5H₂O与HNO₃溶液的用量比为0.047-0.05g/mL，搅拌得到透明溶液B；

3）在强力搅拌下，将透明溶液B逐滴加入到透明溶液Ａ中，Na₂WO₄·2H₂O与Bi(NO₃)₃·5H₂O的用量比按W与Bi的元素比计为1:2，搅拌30min，得到混合液；

4）将上述混合液转移至聚四氟乙烯为内胆的反应釜中，180°C水热条件下恒温反应16h；

5）反应结束后得到浅黄色沉淀，分别用去离子水和无水乙醇洗2-3遍，将洗涤产物自然风干，即可制得目标物Bi₂WO₆光催化剂。

本发明的优点是：

1）该方法制备的Bi₂WO₆光催化剂在紫外光下对苯酚有较高的催化活性，其效果明显高于P25TiO₂对苯酚的催化降解；

2）该方法制备的Bi₂WO₆光催化剂易于从反应体系中分离，稳定性能良好，可以循环使用；

3）该制备方法条件温和、成本低廉、工艺简单，有利于大规模生产。

附图说明

图1为实施例制备的Bi₂WO₆样品的SEM谱图。

图2为不同条件下得到的Bi₂WO₆光催化剂的XRD谱图。

图3为不同条件下得到的Bi₂WO₆光催化剂的UV-Vis谱图。

图4为实施例制备的Bi₂WO₆样品光催化降解苯酚的效果图。

图5为实施例制备的Bi₂WO₆样品（a）和P25TiO₂(b)放置1.5h后自然沉降效果。

图6为实施例制备的Bi₂WO₆样品循环实验中对苯酚的去除效果图。

具体实施方式

实施例：

一种可循环使用且能高效降解苯酚的光催化剂的制备方法，所述光催化剂的分子式为Bi₂WO₆，步骤如下：

1）将0.165g Na₂WO₄·2H₂O溶于10mL去离子水中，然后加入0.1g的聚乙烯吡咯烷酮（PVP），搅拌得到透明溶液A；

2）将0.485g Bi(NO₃)₃·5H₂O溶于10mL浓度为1.0mol/L的HNO₃溶液中，搅拌得到透明溶液B；

3）在强力搅拌下，将透明溶液B逐滴加入到透明溶液Ａ中，搅拌30min，得到混合液；

4）将上述混合液转移至30mL聚四氟乙烯为内胆的反应釜中，180°C水热条件下恒温反应16h；

5）反应结束后得到浅黄色沉淀，分别用去离子水和无水乙醇洗3遍，将洗涤产物自然风干，即可制得目标物Bi₂WO₆光催化剂。

图1为实施例制备的Bi₂WO₆样品的SEM谱图，图中显示：该光催化剂是由大量的花状球体组成，而这些花球是由厚度为20-30nm的纳米片组装而成。图2、图3分别比较了实施例制备的Bi₂WO₆样品和循环实验后的Bi₂WO₆样品的XRD图以及UV-Vis图谱。制备的样品为JCPDS39-0526型的Bi₂WO₆，光反应前后的两种样品X射线衍射峰以及吸收光谱差异并不明显，证明了实施例制备的Bi₂WO₆光催化剂在反应中保持了良好的稳定性，有益于回收循环使用。

对实施例制备的Bi₂WO₆样品光催化性能的评定：

将实施例制备的Bi₂WO₆样品均匀分散在200mL浓度为10mg/L苯酚溶液中，黑暗吸附30min达平衡后，用300W的汞灯对该混合液进行照射，间隔10min取3mL反应溶液，用0.45μm的水系膜分离Bi₂WO₆样品和苯酚溶液。分光光度计(UV2550,Shimadzu)用来测定苯酚溶液在波长553nm处吸光度。根据朗伯-比尔定律可以计算出苯酚的

其中A₀、A_t分别代表吸附平衡后和反应时间t时苯酚溶液的吸光度。同时以P25TiO₂对苯酚的去除率做参照。在Bi₂WO₆悬浊液体系中，紫外光照射下，60min内苯酚的去除率接近100%。图4为实施例制备的Bi₂WO₆样品光催化降解苯酚的效果图，图中显示：在第50min时，96%的苯酚已经被降解。相同降解条件下，P25TiO₂对苯酚的去除率均低于实施例制备的Bi₂WO₆光催化剂，图5为Bi₂WO₆和P25TiO₂样品回收放置1.5h后自然沉降效果，很显然Bi₂WO₆样品比P25TiO₂样品更容易从体系中分离，有利于回收利用也不会造成二次污染。

对实施例制备的Bi₂WO₆样品稳定性能的评定：

将用于降解苯酚后的Bi₂WO₆光催化剂进行回收，冲洗干燥后，将回收后的Bi₂WO₆光催化剂重复3次进行苯酚的降解实验。图6为实施例制备的Bi₂WO₆样品循环实验中对苯酚的去除效果图，从图6可获知，虽然每次取样过程中不可避免的会损失掉一部分催化剂，但随着反应的重复进行，实施例制备的Bi₂WO₆光催化剂对苯酚的降解趋势没有表现出明显的变化，去除率仍然保持在80%以上，说明本发明制备的Bi₂WO₆光催化剂不但易于回收，而且多次重复使用后稳定性能良好。此外图2、图3中对循环实验后的Bi₂WO₆样品和实施例制备的该催化剂的XRD图谱以及UV-Vis的图谱的比较，进一步证明了实施例制备的Bi₂WO₆样品的高稳定性。该性质有利于其进行回收循环使用。

Claims (1)

1.一种可循环使用且能高效降解苯酚的光催化剂的制备方法，所述光催化剂的分子式为Bi₂WO₆，其特征在于步骤如下：

1）将Na₂WO₄·2H₂O溶于去离子水中，Na₂WO₄·2H₂O与去离子水的用量比为0.016-0.017g/mL，然后加入聚乙烯吡咯烷酮（PVP），Na₂WO₄·2H₂O与PVP的质量比为16-17：1，搅拌得到透明溶液A；

2）将Bi(NO₃)₃·5H₂O溶于浓度为1.0mol/L的HNO₃溶液中，Bi(NO₃)₃·5H₂O与HNO₃溶液的用量比为0.047-0.05g/mL，搅拌得到透明溶液B；

3）在强力搅拌下，将透明溶液B逐滴加入到透明溶液Ａ中，Na₂WO₄·2H₂O与Bi(NO₃)₃·5H₂O的用量比按W与Bi的元素比计为1:2，搅拌30min，得到混合液；

4）将上述混合液转移至聚四氟乙烯为内胆的反应釜中，180°C水热条件下恒温反应16h；

5）反应结束后得到浅黄色沉淀，分别用去离子水和无水乙醇洗2-3遍，将洗涤产物自然风干，即可制得目标物Bi₂WO₆光催化剂。

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