CN103962158A - 一种三元异质结光降解有机物催化剂WS2-Bi2WO6/Bi3.84W0.16O6.24及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三元异质结光降解有机物催化剂WS2-Bi2WO6/Bi3.84W0.16O6.24及其制备方法，催化剂是由层状二硫化钨负载在两种不同结构的钨酸铋得到的；在可见光的诱导下，0.1克的催化剂可以将100毫升浓度为10-4摩尔/升的罗丹明B在1小时完全降解。本发明的优点是：1.本发明的催化剂是首次报道的以类石墨烯的层状二硫化钨为基底材料，具有三元异质结结构的光降解有机物催化剂；2.本发明的催化剂是采用一步水热法直接合成，其操作简单、生产成本低廉、合成的产率较高，纯度也很高以及重复性好，适合扩大化生产的要求。

Description

一种三元异质结光降解有机物催化剂WS2-Bi2WO6/Bi3.84W0.16O6.24及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种三元异质结光降解有机物催化剂，具体涉及一种三元异质结光降解有机物催化剂WS2-Bi2WO6/Bi3.84W0.16O6.24及其制备方法。
背景技术
伴随着当今社会，乃至世界各国的飞速发展，科技、工农业的不断进步，以及人民生活品质的日益提高，能源危机、环境污染已成为当前两大全球性的重大问题。目前，针对这些难降解的有机污染物的处理，传统处理技术主要有化学氧化法、物理吸附、生物处理法和膜分离法等，但是这些技术不同程度地存在，或者效率低，不能将污染物完全地无害化，易产生二次污染，或则使用范围有限，不够广泛，只能适用于专一的污染物，或者能耗相对较高，无法满足大规模的应用推广等方方面面的不足。所以，如何合理地开发利用能量资源，经济并且有效地将水环境中那些难以降解的有机污染物质进行全面控制和深入处理显得尤为迫切。在这样严峻的背景之下，半导体光催化技术应运而生，不断地逐步发展起来，成为当前一项新兴的环保技术。这门技术主要是利用了，在光照射的条件下，半导体材料的表面能够接受光能量并且被激发的特性，充分地使用太阳光能量将重金属离子进行还原，有机物被氧化分解有机物，消除难闻气味和消灭细菌。由于光催化技术可以利用太阳能这种巨大、洁净、无污染、安全可靠的可循环再生能源，达到节能的目的，在室温下也能够发生反应，比较经济，而且光催化降解法可以有效地降解多种有机污染物，并将有机物污染物逐步的分解，完全地矿化得到H2O、CO2或毒性相对较小小分子有机物，达到无公害处理的目标，起到环境保护的作用。目前，已经成为环境科学研究领域里，最为热门的研究方向之一。
众所周知，紫外光所占太阳光总能量的5%不到，而目前半导体光催化剂的吸收范围大多仍处在紫外光区，太阳能的利用率偏低，也直接影响了光催化反应的效率。因此开发可见光响应、高效稳定的光催化剂，或进行光催化剂的 性能改造是解决光催化广泛应用于光 降解有机污染物等水污染治理的关键 所在，也是现阶段人们的研究重点。而钨酸铋合成方法简单，原材料便宜，而且对可见光有很好的吸收，成为人们研究的又一个热点，并且将具有优异特性的类石墨烯结构的层状二硫化钨引入光催化剂中，与钨酸铋形成多元异质结，将更有利于改善催化剂的性质，提高其光催化降解有机物的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三元异质结构光降解有机物催化剂WS2-Bi2WO6/Bi3.84W0.16O6.24及其制备方法，为有机物的光催化降解提供了一种新材料，本发明的材料是采用水热法制备的，其操作简单、生产成本低廉、产率较高，其光催化降解速率高，适合扩大化生产的要求。
本发明是这样来实现的，一种三元异质结构光降解有机物催化剂WS2-Bi2WO6/Bi3.84W0.16O6.24，其特征是：催化剂是由层状二硫化钨（WS2）负载在两种不同结构的钨酸铋（Bi2WO6和Bi3.84W0.16O6.24）得到的，在可见光的诱导下，0.1克的催化剂可以将100毫升浓度为10-4摩尔/升的罗丹明B在1小时完全降解。
本发明所述的三元异质结光降解有机物催化剂WS2-Bi2WO6/Bi3.84W0.16O6.24的制备方法，其特征方法步骤如下:
（1）采用溶剂超声剥离法将块状结构的二硫化钨分散在N-甲基-2-吡咯烷酮中，超声得到层状的二硫化钨分散液，再经过减压蒸馏，离心洗涤，冷冻真空干燥得到层状二硫化钨粉末；
（2）将30毫克的层状二硫化钨分散在含有30毫升去离子水和10毫升无水乙醇的混合溶液中，超声30分钟，得到二硫化钨悬浊液，将0.86毫摩尔的硝酸铋分散均匀到5毫升1摩尔/升的硝酸溶液中，并将其缓慢加入到上述二硫化钨悬浊液中，充分搅拌3小时，得到溶液,；
（3）将10毫升含有0.43毫摩尔的钼酸铵溶缓慢滴入上述溶液A，继续搅拌1小时，得到溶液B；再用5摩尔/升的氢氧化钠溶液将上述溶液B的pH值调制至10.5，然后将上述溶液装入100毫升的聚四氟乙烯的反应釜中，最后放入150℃的马弗炉中恒温水热反应3小时；
（4）将水热后的样品进行多次过滤、洗涤后放入真空干燥箱中60℃干燥24小时，得到目标催化剂。
本发明的优点是： 1、本发明的催化剂是首次报道的以类石墨烯的层状二硫化钨为基底材料，具有三元异质结结构的光降解有机物催化剂；2、本发明的催化剂是采用一步水热法直接合成，其操作简单、生产成本低廉、合成的产率较高，纯度也很高以及重复性好，适合扩大化生产的要求；3、本发明的催化剂热稳定性好，而且耐酸、耐碱性强；4、本发明所得到的催化剂具有较好的光催化降解有机效果，比单一的Bi2WO6/Bi3.84W0.16O6.24和块状WS2-Bi2WO6/Bi3.84W0.16O6.24都有更高的催化效果。
附图说明
图1为本发明的催化剂材料与两种不同结构钨酸铋及二硫化钨的X射线粉末衍射图。
图2为本发明的催化剂和其他样品的紫外-可见漫反射图。
图3为本发明的催化剂和其他样品在可见光诱导下光降解效果的比较图。
图4为本发明的催化剂在可见光诱导下四次循环光降解效果的比较图。
图5为本发明的催化剂与层状二硫化钨和两相钨酸铋样品的拉曼光谱图。
图6为本发明的催化剂的X射线光电子能谱图。
具体实施方式
本发明是这样来工作和实施的，本发明的催化剂材料WS2-Bi2WO6/Bi3.84W0.16O6.24的合成：首先采用溶剂超声剥离法将块状结构的二硫化钨分散在N-甲基-2-吡咯烷酮中，超声得到层状的二硫化钨分散液，再经过减压蒸馏，离心洗涤，冷冻真空干燥得到层状二硫化钨粉末。然后，将30毫克的层状二硫化钨分散在含有30毫升去离子水和10毫升无水乙醇的混合溶液中，超声30分钟，得到二硫化钨悬浊液。将0.86毫摩尔的硝酸铋分散均匀到5毫升1摩尔/升的硝酸溶液中，并将其缓慢加入到上述二硫化钨悬浊液中，充分搅拌3小时，得到溶液A。然后，将10毫升含有0.43毫摩尔的钼酸铵溶缓慢滴入上述溶液A，继续搅拌1小时，得到溶液B。再用5摩尔/升的氢氧化钠溶液将上述溶液B的pH值调制至10.5，然后将上述溶液装入100毫升的聚四氟乙烯的反应釜中，最后放入150℃的马弗炉中恒温水热反应3小时。将水热后的样品进行多次过滤、洗涤后放入真空干燥箱中60℃干燥24小时，得到目标催化剂。
如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，经X射线粉末衍射测试结果表明，本发明的催化剂的衍射图是由两种不同结构的钨酸铋Bi2WO6（标准卡片号00-039-0256）和Bi3.84W0.16O6.24（标准卡片号00-043-0447），以及二硫化钨（标准卡片号01-084-1398）组成的复合材料。但是由于层状二硫化钨的含量较少，且剥离后叠加的层数减少导致其特征峰宽化、峰强变弱，因而在催化剂材料的X射线粉末衍射图中只出现了一个十分微弱的二硫化钨主峰（2θ=14.4°）。拉曼光谱测试可以表明，本发明的催化剂同时具有层状二硫化钨和Bi2WO6/Bi3.84W0.16O6.24的特征拉曼峰，细微的峰型变化以及峰位偏移说明各组分之间是以化学键的形式紧密地结合在一起的三元异质结构的复合材料，而不是简单的混合物。X射线光电子能谱图可以表明，本发明的催化剂含有O、S、W、Bi四种元素，结合能对应着元素的氧化态，其中Bi、W和O的氧化态有Bi3+、W6+(37.5 eV)和O2-，源于两种钨酸铋，而W存在着另一种氧化态W4+(32.4, 34.9 eV)和S的氧化态S2-，都源于二硫化钨。从紫外-可见漫反射谱图中可以发现，加入层状二硫化钨后，本发明的催化剂对可见光的吸收有明显增强，并且其最大吸收波长也发生了红移，这都有利于光催化效果的提高。在可见光的条件下，0.1克的催化剂可以将100毫升的10-4摩尔/升的罗丹明B在1小时完全降解，并且经过四次循环使用后，其光降解效果变化不大。本发明催化剂的合成是采用一步水热法，其操作简单、生产成本低廉、合成的产率较高，纯度也很高以及重复性好，适合扩大化生产的要求；本发明的材料热稳定性好，而且耐酸、耐碱性强；本发明所得到的材料具有较好的光催化降解有机物效果，为以后的光降解污水中的有机污染物提供新材料源泉。

Claims (2)

1.一种三元异质结光降解有机物催化剂WS2-Bi2WO6/Bi3.84W0.16O6.24，其特征在于：催化剂是由层状二硫化钨（WS2）负载在两种不同结构的钨酸铋（Bi2WO6和Bi3.84W0.16O6.24）得到的，在可见光的诱导下，0.1克的催化剂可以将100毫升浓度为10-4摩尔/升的罗丹明B在1小时完全降解。
2.一种根据权利要求1所述的三元异质结光降解有机物催化剂WS2-Bi2WO6/Bi3.84W0.16O6.24的制备方法，其特征方法步骤如下:
（1）采用溶剂超声剥离法将块状结构的二硫化钨分散在N-甲基-2-吡咯烷酮中，超声得到层状的二硫化钨分散液，再经过减压蒸馏，离心洗涤，冷冻真空干燥得到层状二硫化钨粉末；
（2）将30毫克的层状二硫化钨分散在含有30毫升去离子水和10毫升无水乙醇的混合溶液中，超声30分钟，得到二硫化钨悬浊液；将0.86毫摩尔的硝酸铋分散均匀到5毫升1摩尔/升的硝酸溶液中，并将其缓慢加入到上述二硫化钨悬浊液中，充分搅拌3小时，得到溶液A；
（3）将10毫升含有0.43毫摩尔的钼酸铵溶缓慢滴入上述溶液A，继续搅拌1小时，得到溶液B；再用5摩尔/升的氢氧化钠溶液将上述溶液B的pH值调制至10.5，然后将上述溶液装入100毫升的聚四氟乙烯的反应釜中，最后放入150℃的马弗炉中恒温水热反应3小时；
（4）将水热反应后的样品进行多次过滤、洗涤后放入真空干燥箱中60℃干燥24小时，得到目标催化剂。
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