CN103691426B - 一种Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂 - Google Patents

一种Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂 Download PDF

Info

Publication number
CN103691426B
CN103691426B CN201310503356.2A CN201310503356A CN103691426B CN 103691426 B CN103691426 B CN 103691426B CN 201310503356 A CN201310503356 A CN 201310503356A CN 103691426 B CN103691426 B CN 103691426B
Authority
CN
China
Prior art keywords
visible light
nano
fiber
light catalyst
composite fiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201310503356.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103691426A (zh
Inventor
刘新华
李红章
吴筱
徐珍珍
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Anhui Polytechnic University
Original Assignee
Anhui Polytechnic University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Anhui Polytechnic University filed Critical Anhui Polytechnic University
Priority to CN201310503356.2A priority Critical patent/CN103691426B/zh
Publication of CN103691426A publication Critical patent/CN103691426A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103691426B publication Critical patent/CN103691426B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明公开一种Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂，所述Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂包括吸附区(碳纳米纤维)和可见光催化活性区(纳米Bi2WO6)。本发明具有低能带、高量子效率、大比表面积、稳定性高、易回收、环境友好等特点，能高效催化降解亚甲基蓝。氙灯照射2.5h降解率达95.17％；其制备方法包括设计并合成具有与铋离子配位的聚合物p(AN-g-PEO)，制备改性碳纳米纤维可见光催化剂。制备过程中，用超声振荡分散反应条件温和，方法简单易行，且分散效果优异，分散稳定。

Description

一种Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂
技术领域
本发明涉及纳米材料和催化材料技术领域，具体为一种Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂。
背景技术
目前染料废水处理方法主要有吸附法、生物降解法、电解法和混凝沉淀法等，但如今大部分不能满足现代社会的需求。吸附法净化吸附容量小、设备体积大、吸附剂容量往往有限、需频繁再生、设备利用率低、不能彻底消除污染物；生物降解法需要很长时间但却常常难以完全消除污染物；电解法电流效率仍然偏低、能耗大、电催化降解反应器的效率较低、处理成本高，因此不适合大规模应用。而利用可见光光催化技术可将污染物氧化分解，反应体系在可见光催化下将吸收的光能转化为化学能，在比较温和的条件下可顺利进行。因此，可见光催化在污染物治理方面有良好的应用前景。
在众多的可见光催化剂中，钨酸铋是一种代表性的光催化剂，具有较高的可见光催化活性。钨酸铋不仅能在可见光条件下催化分解水产生O2，而且能使CHCl3和CH3CHO等污染物矿化，催化降解某些染料污染物。然而，研究者大多制成纳米颗粒或是纳米粉体，易发生团聚，催化性能在使用过程中会有所降低。
Bi2WO6的制备方法对其可见光催化活性、成本影响很大，是Bi2WO6可见光催化剂应用的一个关键。Bi2WO6的制备方法包括高温固相法、液相法。高温固相法的主要缺点是制备条件苛刻，需要高温(通常高于900℃)；合成的Bi2WO6尺寸较大，比表面积较小，活性较低，不能直接实现催化剂的固载。液相法包括低温盐熔法、超声合成法、溶胶-凝胶法、水热及溶剂热法。其中水热法是目前制备Bi2WO6纳米主要方法。
中国专利200810197020.7公开了一种可见光催化剂Bi2WO6纳米粉体的制备方法，该粉体具有较好的结晶度、较小的颗粒粒径及较大的比表面积，因而在染料降解时具有更好的可见光催化性能，但在应用过程中仍然有易团聚的缺点。
中国专利201110441585.7公开了一种微波水热法制备多孔疏松绒线团状钨酸铋粉体光催化剂的方法，该制备的粉体具有特殊的形貌-有薄片组成的分层多孔疏松绒线团状，能耗低，对环境友好，但是光催化活性仍然不是很高，使用后不易回收。
以上制备方法繁琐复杂，成本高，可控性重复性较差。采用静电纺丝技术具有克服以上不足的可能性：①静电纺丝技术制备的样品是微纳米产品，比表面积大，不易团聚，可控性较好；②静电纺丝技术制备的样品成本低，设备简单，工艺容易控制；③产品方便回收利用。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂，以解决上述背景技术中的问题。本发明该方法工艺简单，反应条件要求低，该方法制备的可见光催化剂Bi2WO6纳米纤维具有对亚甲基蓝的高效催化降解性能。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂，所述Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂包括吸附区(碳纳米纤维)和可见光催化活性区(纳米Bi2WO6)，其制备方法包括如下步骤：
(1)设计具有与铋离子配位的聚合物p(AN-g-PEO)，根据铋离子的结构，N、O能与金属铋离子以配位键形成配合物，选择含腈基、羧基等基团高分子作为成纤聚合物，所设计的接枝物主链为聚丙烯腈，其作为碳纳米纤维的前驱体；设计接枝物规整支链为聚氧乙烯，其作为纳米Bi2WO6的模板分子；
(2)制备改性碳纳米纤维可见光催化剂，包括如下步骤：制备含有硝酸铋、钨酸钠静电纺丝液；优选工艺参数，制备复合纳米纤维；筛选碳化温度，同时制备纳米Bi2WO6和碳纳米纤维，具体步骤为：
1)原料的称取：硝酸铋和钨酸钠按照摩尔比(1.5～2)∶(1～0.8)；
2)将硝酸铋溶解在N-N二甲基甲酰胺中，超声振荡1h使分散均匀；
3)将钨酸钠加入上述溶液中，超声振荡1h使分散均匀；
4)将1～4g的p(AN-g-PEO)加入上述溶液中，磁力搅拌12小时，得到纺丝前驱液；
5)取上述前驱液5ml移入注射器中，进行静电纺丝，得到纳米纤维膜；
6)将静电纺丝膜在碳化炉里在温度120～480℃下焙烘8～12h，制成制备同时包含有吸附区(碳纳米纤维)和可见光催化活性区(纳米Bi2WO6)的复合纳米纤维。
进一步地，所述接枝物主链为丙烯腈、甲基丙烯腈一种或几种单体配合。
进一步地，所述静电纺丝条件是：电压18-20kv，接收距离为180-220mm，纺丝流量为0.2ml/h，连续纺丝5-14h。
进一步地，所述在制备改性碳纳米纤维可见光催化剂过程中使用的聚合物纳米纤维为反应器，制备比表面积大，不易团聚，可控性好的纳米Bi2WO6。
本发明的原理为：基于制备具备低能带、高量子效率、大比表面积、稳定性高、易回收、制备工艺简单、环境友好的光催化剂的目的，设计并合成含腈基、羧基等配体基团的聚合物；以此为基体，通过N，O与金属铋离子的配位，用静电纺丝技术制备含有硝酸铋、钨酸钠的复合纤维；以含腈基、羧基等配体基团的聚合物纳米纤维为反应器，通过控制反应温度、反应时间，制备同时包含有吸附区(碳纳米纤维)和可见光催化活性区(纳米Bi2WO6)的复合纳米纤维。通过碳纳米纤维共轭大π键，有效转移纳米Bi2WO6光生电子，从而抑制其与空穴的复合，改善Bi2WO6的光催化活性；通过多孔碳纳米纤维的高吸附性，提高可见光催化效率；通过碳纳米纤维的支撑，增加反应的有效比表面积、提高催化剂的机械强度、热稳定性、抗毒性能和可回收性，并降低催化剂的生产成本。
有益效果：本发明工艺简单，反应条件温和，该方法制备的可见光催化剂Bi2WO6纳米纤维具有对亚甲基蓝的高效催化降解性能，通过控制反应温度、反应时间，制备低能带、高量子效率、大比表面积、稳定性高、易回收、制备工艺简单、环境友好纳米复合纤维，制备过程中，用超声振荡分散反应条件温和，方法简单易行，且分散效果优异，分散稳定。
附图说明
图1为本发明中的实施例1制备的可见光催化剂钨酸铋纳米纤维在氙灯照射下对亚甲基蓝的催化降解率时间图。
具体实施方式
为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。
一种Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂，所述Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂包括吸附区(碳纳米纤维)和可见光催化活性区(纳米Bi2WO6)，其制备方法包括如下步骤：
(1)设计具有与铋离子配位的聚合物p(AN-g-PEO)，根据铋离子的结构，N、O能与金属铋离子以配位键形成配合物，选择含腈基、羧基等基团高分子作为成纤聚合物，所设计的接枝物主链为聚丙烯腈，其作为碳纳米纤维的前驱体；设计接枝物规整支链为聚氧乙烯，其作为纳米Bi2WO6的模板分子；
(2)制备改性碳纳米纤维可见光催化剂，包括如下步骤：制备含有硝酸铋、钨酸钠静电纺丝液；优选工艺参数，制备复合纳米纤维；筛选碳化温度，同时制备纳米Bi2WO6和碳纳米纤维。
为了是本发明更易于理解，下面结合具体实施例进行进一步阐述，
实施例1
一种Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂，它包括如下步骤：
1)量取2.06mmol的硝酸铋加入20mlN-N二甲基甲酰胺中，超声振荡分散1h。
2)量取1.03mmol的钨酸钠加入上述溶液中，超声振荡分散1h。
3)在上述溶液中加入2gp(AN-g-PEO)，配制成10％的p(AN-g-PEO)溶液，搅拌十二小时混合均匀，制成纺丝液。
4)将制备好的纺丝液移入10ml的注射器中，装置好，进行静电纺丝。纺丝条件是接收距离以毛细管尖端与接收板的距离为准，为200mm，施加19kV的电压，丝液流量为0.2毫升/时，接收时间为12小时。接收屏上收集到的即为可见光催化剂钨酸铋纳米纤维薄膜。
5)在炭化炉中220℃下炭化10h，得到钨酸铋/p(AN-g-PEO)复合纳米纤维。
该实施例制备的可见光催化剂Bi2WO6纳米纤维在降解亚甲基蓝实验中投加量为0.1g/L，亚甲基蓝浓度为10mg/L，氙灯照射2.5h降解率为95.17％。
实施例2
一种Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂，它包括如下步骤：
1)量取2.06mmol的硝酸铋加入20mlN-N二甲基甲酰胺中，超声振荡分散1h。
2)量取1.03mmol的钨酸钠加入上述溶液中，超声振荡分散1h。
3)在上述溶液中加入2gp(AN-g-PEO)，配制成10％的p(AN-g-PEO)溶液，搅拌十二小时混合均匀，制成纺丝液。
4)将制备好的纺丝液移入10ml的注射器中，装置好，进行静电纺丝。纺丝条件是接收距离以毛细管尖端与接收板的距离为准，为180mm，施加20kV的电压，丝液流量为0.2毫升/时，接收时间为10小时。接收屏上收集到的即为可见光催化剂钨酸铋纳米纤维薄膜。
5)在炭化炉中180℃下炭化10h，得到钨酸铋/p(AN-g-PEO)复合纳米纤维。
实施例3
一种Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂，它包括如下步骤：
1)量取1.96mmol的硝酸铋加入20mlN-N二甲基甲酰胺中，超声振荡分散1h。
2)量取1.03mmol的钨酸钠加入上述溶液中，超声振荡分散1h。
3)在上述溶液中加入2gp(AN-g-PEO)，配制成10％的p(AN-g-PEO)溶液，搅拌十二小时混合均匀，制成纺丝液。
4)将制备好的纺丝液移入10ml的注射器中，装置好，进行静电纺丝。纺丝条件是接收距离以毛细管尖端与接收板的距离为准，为200mm，施加19kV的电压，丝液流量为0.2毫升/时，接收时间为12小时。接收屏上收集到的即为可见光催化剂钨酸铋纳米纤维薄膜。
5)在炭化炉中480℃下炭化10h，得到钨酸铋/p(AN-g-PEO)复合纳米纤维。
实施例4
一种Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂，它包括如下步骤：
1)量取2.06mmol的硝酸铋加入20mlN-N二甲基甲酰胺中，超声振荡分散1h。
2)量取1.00mmol的钨酸钠加入上述溶液中，超声振荡分散1h。
3)在上述溶液中加入2gp(AN-g-PEO)，配制成10％的p(AN-g-PEO)溶液，搅拌十二小时混合均匀，制成纺丝液。
4)将制备好的纺丝液移入10ml的注射器中，装置好，进行静电纺丝。纺丝条件是接收距离以毛细管尖端与接收板的距离为准，为220mm，施加18kV的电压，丝液流量为0.2毫升/时，接收时间为8小时。接收屏上收集到的即为可见光催化剂钨酸铋纳米纤维薄膜。
5)在炭化炉中220℃下炭化10h，得到钨酸铋/p(AN-g-PEO)复合纳米纤维。
实施例5
一种Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂，它包括如下步骤：
1)量取2.06mmol的硝酸铋加入20mlN-N二甲基甲酰胺中，超声振荡分散1h。
2)量取1.03mmol的钨酸钠加入上述溶液中，超声振荡分散1h。
3)在上述溶液中加入2gp(AN-g-PEO)，配制成10％的p(AN-g-PEO)溶液，搅拌十二小时混合均匀，制成纺丝液。
4)将制备好的纺丝液移入10ml的注射器中，装置好，进行静电纺丝。纺丝条件是接收距离以毛细管尖端与接收板的距离为准，为200mm，施加19kV的电压，丝液流量为0.2毫升/时，接收时间为12小时。接收屏上收集到的即为可见光催化剂钨酸铋纳米纤维薄膜。
5)在炭化炉中320℃下炭化10h，得到钨酸铋/p(AN-g-PEO)复合纳米纤维。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。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，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂，其特征是：所述Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂包括吸附区和可见光催化活性区，所述吸附区为碳纳米纤维、可见光催化活性区为纳米Bi2WO6，其制备方法包括如下步骤：
(1)设计具有与铋离子配位的聚合物p(AN-g-PEO)，根据铋离子的结构，N、O能与金属铋离子以配位键形成配合物，选择含腈基团高分子作为成纤聚合物，所设计的接枝物主链为聚丙烯腈，其作为碳纳米纤维的前驱体；设计接枝物规整支链为聚氧乙烯，其作为纳米Bi2WO6的模板分子；
(2)制备改性碳纳米纤维可见光催化剂，包括如下步骤：制备含有硝酸铋、钨酸钠静电纺丝液；优选工艺参数，制备复合纳米纤维；筛选碳化温度，同时制备纳米Bi2WO6和碳纳米纤维，具体步骤为：
1)原料的称取：硝酸铋和钨酸钠按照摩尔比(1.5～2)∶(1～0.8)；
2)将硝酸铋溶解在N-N二甲基甲酰胺中，超声振荡1h使分散均匀；
3)将钨酸钠加入上述溶液中，超声振荡1h使分散均匀；
4)将1～4g的p(AN-g-PEO)加入上述溶液中，磁力搅拌12小时，得到纺丝前驱液；
5)取上述前驱液5ml移入注射器中，进行静电纺丝，得到纳米纤维膜；
6)将静电纺丝膜在碳化炉里焙烘8～12h，制成制备同时包含有吸附区和可见光催化活性区的复合纳米纤维。
2.根据权利要求1所述的一种Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂，其特征是：所述接枝物含腈基配体基团，主链为聚丙烯腈，其可作为碳纳米纤维的前驱体；接枝物规整支链为聚氧乙烯，其可作为纳米Bi2WO6的模板分子；主链可以选用丙烯腈、甲基丙烯腈一种或几种单体配合使用。
3.根据权利要求1所述的一种Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂，其特征是：所述静电纺丝条件是：电压18～20kv，接收距离为180～220mm，纺丝流量为0.2ml/h，连续纺丝5～14h。
4.根据权利要求1所述的一种Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂，其特征是：所述在制备改性碳纳米纤维可见光催化剂过程中使用的聚合物纳米纤维为反应器，制备比表面积大，不易团聚，可控性好的纳米Bi2WO6。
5.根据权利要求1所述的一种Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂，其特征是：所述碳化炉焙烘温度为120～480℃。
CN201310503356.2A 2013-10-16 2013-10-16 一种Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂 Expired - Fee Related CN103691426B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310503356.2A CN103691426B (zh) 2013-10-16 2013-10-16 一种Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310503356.2A CN103691426B (zh) 2013-10-16 2013-10-16 一种Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103691426A CN103691426A (zh) 2014-04-02
CN103691426B true CN103691426B (zh) 2016-01-27

Family

ID=50353185

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310503356.2A Expired - Fee Related CN103691426B (zh) 2013-10-16 2013-10-16 一种Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103691426B (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104069851A (zh) * 2014-06-16 2014-10-01 浙江大学 一种用于VOCs催化氧化反应的金属氧化物纳米纤维及其制备方法
CN104192907B (zh) * 2014-08-21 2016-04-06 齐鲁工业大学 一种γ-钼酸铋纳米管的制备方法
CN106745552A (zh) * 2016-12-08 2017-05-31 河海大学 利用复合光催化纤维隔网的膜电容去离子装置及其应用
CN106495380A (zh) * 2016-12-21 2017-03-15 沈阳化工大学 一种催化降解有机染料及食品添加剂日落黄的方法
CN109420490A (zh) * 2017-08-29 2019-03-05 钱诗旋 一种Bi2WO6-C复合材料及其制备方法
CN109126881B (zh) * 2018-08-29 2021-07-20 南通纺织丝绸产业技术研究院 一种负载光催化剂的微纳复合纤维材料及其制备方法
CN110893340A (zh) * 2018-09-13 2020-03-20 江西理工大学 碳量子点碳纳米纤维改性纳米钼酸铋光催化剂的制备方法及应用
CN109205670B (zh) * 2018-10-19 2021-02-26 湖南柿竹园有色金属有限责任公司 一种无机纤维态铋化合物及其应用
CN110124749A (zh) * 2019-04-18 2019-08-16 江门职业技术学院 一种具有光催化性能复合纤维材料及其制备方法
CN111514902B (zh) * 2020-05-22 2022-12-02 齐鲁工业大学 2，9，16，23-四硝基酞菁铜敏化NiO/Bi2WO6纳米纤维催化剂及制备方法
CN112076758A (zh) * 2020-09-18 2020-12-15 西安工程大学 一种磁性复合光触媒纤维及其制备方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130168228A1 (en) * 2011-04-12 2013-07-04 Geoffrey A. Ozin Photoactive Material Comprising Nanoparticles of at Least Two Photoactive Constituents
CN102691136B (zh) * 2012-05-29 2013-11-06 中科院广州化学有限公司 一种同轴静电纺丝制备聚丙烯腈基多孔中空碳纤维的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103691426A (zh) 2014-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103691426B (zh) 一种Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂
Wang et al. In-situ incorporation of iron-copper bimetallic particles in electrospun carbon nanofibers as an efficient Fenton catalyst
CN104357937B (zh) 一种静电纺丝制备多孔碳化钼纳米纤维的方法
CN106669759A (zh) 磷硫共掺杂石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法和应用
CN108636136B (zh) 一种Pd/C3N4@生物质碳纤维复合膜的制备方法和应用
CN108976417B (zh) 一种三嗪环共价有机聚合物、电极材料及其制备方法和应用
CN111733486B (zh) 一种用于高效过硫酸盐催化的碳纤维薄膜及其制备方法
CN106835364A (zh) 一种原位负载铁铜双金属的碳纳米纤维复合材料的制备方法
CN105664922A (zh) 碳修饰TiO2/WO3复合纳米纤维光催化剂、制备方法及应用
CN110004523A (zh) 一种柔性碳化硅/碳纳米纤维复合纤维膜材料及其制备方法和应用
Ren et al. Thermally treated candle soot as a novel catalyst for hydrogen peroxide in-situ production enhancement in the bio-electro-Fenton system
Yao et al. Catalytic carbonization of chlorinated poly (vinyl chloride) microfibers into carbon microfibers with high performance in the photodegradation of Congo Red
CN109835897A (zh) 一种金属/杂原子改性白酒糟基活性炭及其制备方法
CN107597134A (zh) 一种Cu掺杂BiVO4多孔纳米管光催化剂的制备方法
CN107675281A (zh) Pvp/pan纳米复合纤维的制备方法
CN102909002A (zh) 凹土/稀土氧化物复合材料的微波制备方法
CN111411412B (zh) 石墨烯-聚丙烯腈基纳米复合材料及其制备方法和应用
Li et al. Surfactant-assisted synthesis of Mo-doped TiO2/FAC (fly ash cenosphere) for degradation of methylene blue dye under visible light irradiation
CN103657644A (zh) 新型多孔碳纳米纤维载钯纳米粒子复合催化剂的制备方法
CN109772423B (zh) 一种磷、铋共掺杂的多孔石墨相氮化碳光催化剂及其用途
CN112705185A (zh) 一种石英砂/二氧化钛复合催化剂的制备方法
CN108772052B (zh) 一种二氧化钛基多孔块体及其制备方法和应用
Yu et al. Enhanced electrocatalytic degradation of tetracycline by ZIF-67@ CNT coupled with a self-standing aligned carbon nanofiber anodic membrane
CN103915217B (zh) 一种高比电容磁性材料Fe2O3纳米棒包碳微电缆的制备方法
CN114653379A (zh) 一种微量氧改性Pd@CNFs催化剂的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160127

Termination date: 20191016