CN103272582B - 一种合成烧绿石型立方相半水三氧化钨光催化剂的方法 - Google Patents

Abstract

一种合成烧绿石型立方相半水三氧化钨光催化剂的方法，它涉及一种合成半水三氧化钨光催化剂的方法。方法：一、取Na₂WO₄·2H₂O和尿素倒入去离子水中并搅拌，滴加浓盐酸，再加丙酮，得混合溶液；二、混合溶液倒入具有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，密封后热处理，自然冷却后，所得产物依次进行离心过滤和去离子水洗涤，干燥后获得WO₃·0.5H₂O粉体。即完成。本发明利用的混合溶剂热法合成烧绿石型立方相半水三氧化钨光催化剂，工艺简单，所用反应原料便宜易得、反应温度低、反应压力小、装置简易，且操作简单。所制备的材料粉体颗粒均匀、粒子尺寸较小、活性较高、结晶度好、分散性好、纯度高。

Description

一种合成烧绿石型立方相半水三氧化钨光催化剂的方法

技术领域

本发明涉及一种合成半水三氧化钨光催化剂的方法。

背景技术

人类社会向前发展的同时，人类社会活动所带来的负面影响日益严重。在人类社会所面临越来越多的各类难题中，如何应对生态环境所遭受的严重污染成为了全球学者们共同关心的两大重大课题。同时应对环境问题，传统的解决方法已经不能完全的独当一面了，尤其对于低浓度、高毒性的污染物来说，需要更加清洁高效的方法来处理，所以寻找新的解决方法成为了必然趋势。1976年第一篇利用二氧化钛光催化剂降解多氯联苯的研究报道，自此人们看到了一条新的应对环境污染问题的新方法。

经过40多年的研究和探索，已经发展出了非常多种类的光催化剂，从紫外光响应到可见光响应，提高了太阳光的利用率。光催化降解有机物的治理污染的方法比传统处理污染的方法更具优势。它的主要特点有能够降解处理低浓度、高毒性的污染源并不对环境造成负影响。同时这种方法利用的是无限的太阳能将污染物光氧化成无毒的化合物，这相对于物理法来说能够一次消除污染物而不需要二次处理，相对于生物法来说具有非常低的成本投入。半导体光催化剂利用半导体经过吸收太阳光产生光生电子，光激发的光生电子从半导体的价带进入到倒带，从而利用光生电子-空穴对的氧化还原能力将污染物进行降解、氧化或还原等，最终转化为无害或可再利用的物质。

二氧化钛是研究最多的光催化剂，因为光催化剂的发展就是从二氧化钛开始的。二氧化钛已然成为了研究光催化机理的重要目标物，并且研究的也是最为透彻的。经过多年研究，各种合成方法和改性方法使得二氧化钛的光催化性能越来越优异，这些研究方法对于其他光催化剂的研究起到了一定的指导作用，但不可能是完全的。二氧化钛的禁带宽度为3.2eV，这决定其是一种紫外光响应的光催化剂，虽然经过掺杂等处理用可以使其具有可见光响应，但对于本质上就为可将光响应的光催化剂来说，这些处理增加了催化剂制备的烦琐度。同时有些较优异性能的改性二氧化钛需要在极为苛刻的条件下才能完成，比如在超高压下加氢处理。所以，寻找新型、高效、环境友好型光催化剂成为一个新的研究热点。后来人们发现，很多钨系材料因其独特的结构及物理化学特性，在光催化反应中表现出良好的光催化活性和稳定性，比如WO₃，WO₃·0.33H₂O，Bi₂WO₄，FeWO₄，CuWO₄，等，在可见光照下降解罗丹明B时展现出良好的光催化活性。尽管一系列钨系光催化剂尤其是三氧化钨以及某些钨酸盐在光催化降解有机物方面有大量的报道，但对于WO₃·0.5H₂O的光催化性能的研究还是空白。目前合成WO₃·0.5H₂O材料的方法存在需要控制pH值得这一过程，致使工艺复杂。

发明内容

本发明目的是解决现有合成WO₃·0.5H₂O材料的方法存在工艺复杂的问题，提供一种合成烧绿石型立方相半水三氧化钨光催化剂的方法。

合成烧绿石型立方相半水三氧化钨光催化剂的方法按以下步骤实现：

一、称取1～3.5mmol的Na₂WO₄·2H₂O和1～2.5mmol的尿素，倒入去离子水中并在室温下搅拌，然后滴加0.1～1mL的浓盐酸，再加入丙酮至总体积达到33mL，获得Na₂WO₄浓度为30.3～106.1mM、尿素浓度为30.3～75.76mM的混合溶液；

二、将混合溶液倒入具有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，填充度为高压反应釜容积的80％，高压反应釜密封后放入140℃烘箱中热处理72h，待高压反应釜自然冷却后，所得产物依次进行离心过滤和去离子水洗涤，重复3次，然后放入60℃烘箱中干燥，获得WO₃·0.5H₂O粉体，即完成烧绿石型立方相半水三氧化钨光催化剂的合成。

本发明利用的混合溶剂热法合成烧绿石型立方相半水三氧化钨光催化剂，混合溶剂热法是以混合溶剂溶液作为反应体系，通过对反应在密闭体系中加热的同时产生高压创造一个相对高温、高压的反应环境，由于丙酮的加入使得反应体系中的蒸汽压更大，减小了产物的粒径。而且反应体系的密闭性而导致的高压条件使得反应温度可以相应的降低。所以在较低温度、常压的外界环境下就可制得其它方法无法制备的

本发明的工艺简单，所用反应原料便宜易得、反应温度低、反应压力小、装置简易，且操作简单。所制备的材料粉体颗粒均匀、粒子尺寸较小、活性较高、结晶度好、分散性好、纯度高。本发明合成的WO₃·0.5H₂O纳米材料可以用于光催化降解有机污染物以及燃料电池、传感和光致变色等领域。在光催化降解有机污染物(罗丹明B)的性能测试中表现了优异的降解活性以及稳定性能。

附图说明

图1为实施例中合成的烧绿石型立方相半水三氧化钨光催化剂的XRD图；

图2为实施例中合成的烧绿石型立方相半水三氧化钨光催化剂的扫描电镜图；

图3为实施例中合成的烧绿石型立方相半水三氧化钨光催化剂降解RhB紫外可见吸收光谱图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式合成烧绿石型立方相半水三氧化钨光催化剂的方法按以下步骤实现：

一、称取1～3.5mmol的Na₂WO₄·2H₂O和1～2.5mmol的尿素，倒入去离子水中并在室温下搅拌，然后滴加0.1～1mL的浓盐酸，再加入丙酮至总体积达到33mL，获得Na₂WO₄浓度为30.3～106.1mM、尿素浓度为30.3～75.76mM的混合溶液；

二、将混合溶液倒入具有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，填充度为高压反应釜容积的80％，高压反应釜密封后放入140℃烘箱中热处理72h，待高压反应釜自然冷却后，所得产物依次进行离心过滤和去离子水洗涤，重复3次，然后放入60℃烘箱中干燥，获得WO₃·0.5H₂O粉体，即完成烧绿石型立方相半水三氧化钨光催化剂的合成。

本实施方式中采用的原料均为市售分析纯原料。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中称取1.516mmol的Na₂WO₄·2H₂O和1.665mmol的尿素，倒入去离子水中并在室温下搅拌，然后滴加0.43mL的浓盐酸。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤一中滴加的速度为1滴/10s。其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。

实施例：

合成烧绿石型立方相半水三氧化钨光催化剂的方法按以下步骤实现：

一、称取1.516mmol的Na₂WO₄·2H₂O和1.665mmol的尿素，倒入去离子水中并在室温下搅拌，然后滴加0.43mL的浓盐酸，再加入丙酮至总体积达到33mL，获得Na₂WO₄浓度为45.94mM、尿素浓度为50.45mM的混合溶液；

二、将混合溶液倒入具有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，填充度为高压反应釜容积的80％，高压反应釜密封后放入140℃烘箱中热处理72h，待高压反应釜自然冷却后，所得产物依次进行离心过滤和去离子水洗涤，重复3次，然后放入60℃烘箱中干燥，获得WO₃·0.5H₂O粉体，即完成烧绿石型立方相半水三氧化钨光催化剂的合成。

本实施例步骤一中滴加的速度为1滴/10s。

本实施例中合成的WO₃·0.5H₂O粉体，从其XRD图谱中可以说明所合成的是烧绿石型立方相半水三氧化钨，图中标出了其特征峰(见图1)。从SEM图中可以看到有很小的离子堆积成的小片层，大小分布在80纳米左右(见图2)。

本实施例中合成的WO₃·0.5H₂O粉体降解RhB紫外可见吸收光谱，见图3，20min一条曲线，其中最高一条为暗吸附吸收曲线；从光催化降解罗丹明B性能图上可以看出烧绿石型立方相半水三氧化钨具有非常优异的脱色以及裂环性能。

Claims (3)

1.一种合成烧绿石型立方相半水三氧化钨光催化剂的方法，其特征在于它按以下步骤实现：

一、称取1～3.5mmol的Na₂WO₄·2H₂O和1～2.5mmol的尿素，倒入去离子水中并在室温下搅拌，然后滴加0.1～1mL的浓盐酸，再加入丙酮至总体积达到33mL，获得Na₂WO₄浓度为30.3～106.1mM、尿素浓度为30.3～75.76mM的混合溶液；

二、将混合溶液倒入具有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，填充度为高压反应釜容积的80％，高压反应釜密封后放入140℃烘箱中热处理72h，待高压反应釜自然冷却后，所得产物依次进行离心过滤和去离子水洗涤，重复3次，然后放入60℃烘箱中干燥，获得WO₃·0.5H₂O粉体，即完成烧绿石型立方相半水三氧化钨光催化剂的合成。

2.根据权利要求1所述的一种合成烧绿石型立方相半水三氧化钨光催化剂的方法，其特征在于步骤一中称取1.516mmol的Na₂WO₄·2H₂O和1.665mmol的尿素，倒入去离子水中并在室温下搅拌，然后滴加0.43mL的浓盐酸。

3.根据权利要求1或2所述的一种合成烧绿石型立方相半水三氧化钨光催化剂的方法，其特征在于步骤一中滴加的速度为1滴/10s。