CN107935043A - 光催化活性的钨酸铋空心微球的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种光催化活性的钨酸铋空心微球的制备方法，包括如下步骤：步骤（1），将十六烷基三甲基溴化铵水溶液加入到Bi(NO3)3的乙二醇溶液中，搅拌均匀，得到混合溶液；步骤（2），将Na2WO4水溶液加入到步骤（1）所述混合溶液中，搅拌均匀；步骤（3），将步骤（2）所述混合溶液进行水热反应后，自然冷却至室温，离心、超声清洗、干燥，得到所述钨酸铋空心微球。本发明的光催化活性的钨酸铋空心微球的制备方法,工艺简单、产量高、成本低。

Description

光催化活性的钨酸铋空心微球的制备方法
技术领域
本发明属于无机材料和功能材料制备工艺技术领域，特别是一种工艺简单、产量高、成本低、无污染的光催化活性的钨酸铋空心微球的制备方法。
背景技术
近年来,环境污染问题成为迫切需要解决的问题,以半导体光催化剂为研究对象，利用太阳光催化降解有机污染物质是解决环境污染问题的一个有效手段。但是以二氧化钛为代表的紫外光催化剂仅能在紫外光照下具有光催化活性，探讨和开发新型可见光催化活性的半导体材料，充分利用太阳能，成为光催化降解污染物领域的一个热点。作为一种能被可见光激发的半导体光催化材料，钨酸铋（禁带宽度约为2.8 eV，属于窄禁带半导体。具有( Bi2O2 ) 2 +及 WO6 2 －的层状结构，理论上有助于光生电子的快速转移具有较高的量子效率）在催化降解有机污染物方面具有较高的使用价值，且新型钨酸铋光催化剂稳定性好，无毒无害，是一种环境友好型光催化材料。
由于纳米材料的发光、催化等性质与其尺寸、形貌等有很大的相关性，不同形貌和结构的钨酸铋及其光催化性能的研究相继被报道。空心微球结构具有比表面积大，稳定性好和表面疏松多孔等优点。一般来讲，光催化剂的比表面积直接影响对污染物的吸附和催化情况，是影响其光催化活性的一个重要因素，并且较大的比表面积有利于加快光催化反应速度，因此，出于应用方面的考虑，设计具有大比表面积的钨酸铋光催化材料是非常必要的。目前，为了增强钨酸铋的光催化性能，利用硬模板（碳球或者聚苯乙烯等）制备空心球结构的制备方法已经有所报道，其需要使用烧结等方法来去除硬模板，工序复杂、设备要求高、效率低，一定程度上导致材料空心形貌的不完整性，并且硬模板法用量大、成本较高。因此，研究出一种工艺简单、产量高、成本低且易于规模化的新方法制备钨酸铋空心微球十分必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光催化活性的钨酸铋空心微球的制备方法，在不使用硬模板（碳球或者聚苯乙烯小球等）的前提下，利用一步溶剂热方法合成钨酸铋空心微球。该方法适用性广泛、工艺简单、产量高、成本低，易于工业化生产。实验证明，该发明在对有机污染物吸附和光催化降解方面表现出了优异的性能。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种光催化活性的钨酸铋空心微球的制备方法，包括如下步骤：
步骤（1），将十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）水溶液加入到Bi(NO3)3的乙二醇溶液中，搅拌均匀，得到混合溶液；
步骤（2），将Na2WO4水溶液加入到步骤（1）所述混合溶液中，搅拌均匀；
步骤（3），将步骤（2）所述混合溶液进行水热反应后，自然冷却至室温，离心、超声清洗、干燥，得到所述钨酸铋空心微球。
进一步的，步骤（1）所述混合溶液中，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)与Bi(NO3)3的溶液浓度分别为0.1mmol/ml和0.2mmol/ml。
进一步的，步骤（2）所述混合溶液中，Na2WO4的浓度为0.1mmol/ml。
进一步的，步骤（3）中，水热反应温度180℃反应时间为20h。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
（1）工艺简单：采用简单的水热法一步合成样品。
（2）产量高：仅需少量的药品即可制备大量的样品。
（3）成本低：制备过程中所涉及的材料价格低廉。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
图1为实例所制备的光催化活性的钨酸铋空心微球的X-射线衍射图。
图2为实例所制备的光催化活性的钨酸铋空心微球的扫描电镜照片图。
图3为实例所制备的光催化活性的钨酸铋空心微球的透射电镜照片图。
图4为实例所制备的光催化活性的钨酸铋空心微球的紫外吸收图。
图5为实例所制备的光催化活性的钨酸铋空心微球的降解谱图。
图6为实例所制备的光催化活性的钨酸铋空心微球的降解点谱图。
图7为实例所制备的光催化活性的钨酸铋空心微球的降解谱图。
图8为实例所制备的光催化活性的钨酸铋空心微球的降解点谱图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种光催化活性的钨酸铋空心微球的制备方法，包括如下步骤：
步骤（1）中：按配比将Bi(NO3)3·5H2O粉末溶于乙二醇中，搅拌均匀，得到溶液；
所述步骤（1）中，混合溶液的配比为：
Bi(NO3)3·5H2O粉末，0.97g，
乙二醇，10ml。
步骤（2）中：按配比将CTAB粉末溶于去离子水中，搅拌均匀，得到溶液,加入到步骤（1）溶液中，搅拌均匀，得到混合溶液；
所述步骤（2）中，混合溶液的配比为：
CTAB粉末，0.5g，
去离子水，10ml。
步骤（3）：按配比将Na2WO4·2H2O粉末溶于去离子水中，搅拌均匀，得到溶液，加入到步骤（2）混合溶液中，搅拌均匀；
所述步骤（3）中，混合溶液的配比为：
Na2WO4·2H2O粉末，0.33g，
去离子水，10ml。
所述步骤（3）中，混合溶液搅拌时间0.5小时
步骤（4）：将步骤（3）盛有混合溶液的反应釜中，水热反应，然后将反应釜取出自然冷却至室温；
所述步骤（4）中，水热反应的温度为180℃，反应时间20小时。
步骤（5）：将反应物从反应釜取出，用去离子水或无水乙醇离心，超声清洗，干燥，得到一种光催化活性的钨酸铋空心微球。
所述步骤（5）中，清洗后的样品在烘箱60℃条件下干燥12小时。
试验验证：
为验证本发明方法的有效性，实施例采用XRD-7000（Curadiation,Å，日本岛津公司）测定所制备样品的晶相结构。采用日立公司（日本）的S4800Ⅱ型FESEM(FESEM,s-4800Ⅱ, Hitachi)对所制备样品的形貌进行观察。采用荷兰philips-FEI公司的TecnaiF30场发射透射电镜(HRTEM, Tecnai F30, FEI)对样品的晶相结构进行直观的探测和表征。采用南京胥江机电厂的XPA系列光化学反应仪对所制备的样品进行光催化性能测试。
图1：本发明实例所制备的一种光催化活性的钨酸铋空心微球的X-射线衍射图。如图所示的所有的衍射峰从左到右分别对应于Bi2WO6的（113），（200），（220），（313），（226），（400），（139），（046）晶面，图示XRD说明了所制备的样品中钨酸铋的存在。
图2：本发明实例所制备的一种光催化活性的钨酸铋空心微球的扫描电镜照片图。从该图可知，实例所制备的一种光催化活性的钨酸铋空心微球的结构为空心纳米微球结构，此形貌更有利于光催化性能的提高。
图3：本发明实例所制备的一种光催化活性的钨酸铋空心微球的透射电镜图。从透射电镜图中我们也能发现我们制备的样品是空心球结构，该空心球的直径在800nm左右，此形貌更有利于光催化性能的提高。
图4：本发明实例所制备的一种光催化活性的钨酸铋空心微球的紫外-吸收图。插图为紫外-漫反射图，从图中我们可以看到样品的禁带边很窄，其宽度为2.8eV。
图5：本发明实例所制备的一种光催化活性的钨酸铋空心微球的光降解谱图。从图中我们可以看到，合成的钨酸铋空心微球样品在氙灯的作用下，两小时内RhB的乙基基团几乎完全被降解。
图6：本发明实例所制备的一种光催化活性的钨酸铋空心微球的光降解点谱图。从图中我们可以看到，合成的钨酸铋空心微球样品在氙灯的作用下，两小时内RhB的降解率达到98%以上。
图7：本发明实例所制备的一种光催化活性的钨酸铋空心微球的光降解谱图。从图中我们可以看到，合成的钨酸铋空心微球样品在氙灯的作用下，四小时内苯酚几乎完全被降解。
图8：本发明实例所制备的一种光催化活性的钨酸铋空心微球的光降解点谱图。从图中我们可以看到，合成的钨酸铋空心微球样品在氙灯的作用下，四小时内苯酚的降解率达到90%以上。
根据上述研究结果可知：我们制备的一种光催化活性的钨酸铋空心微球在可见光下的光催化测试制备程序简单，成本低廉，合成量大，在可见光下具备良好的光催化性能，因此可推广并应用于工业领域。
因此，从上述实验步骤、数据和图表分析可以看出，本发明首次制备了一种光催化活性的钨酸铋空心微球，并且制备过程简单，成本低廉，在可见光下具备良好的光催化性能，适于工业应用。

Claims (4)

1.光催化活性的钨酸铋空心微球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤（1），将十六烷基三甲基溴化铵水溶液加入到Bi(NO3)3的乙二醇溶液中，搅拌均匀，得到混合溶液；
步骤（2），将Na2WO4水溶液加入到步骤（1）所述混合溶液中，搅拌均匀；
步骤（3），将步骤（2）所述混合溶液进行水热反应后，自然冷却至室温，离心、超声清洗、干燥，得到所述钨酸铋空心微球。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述混合溶液中，十六烷基三甲基溴化铵与Bi(NO3)3的溶液浓度分别为0.1mmol/ml和0.2mmol/ml。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述混合溶液中，Na2WO4的浓度为0.1mmol/ml。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，水热反应温度位180±5℃；水热反应时间为19~21h。
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