CN110075880A - 钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂及制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂及制备方法和用途,钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂由钨酸铋和氯氧铋组成,其中,氯氧铋的摩尔分数为1%~100%;制备方法的步骤为:将1mmol的五水合硝酸铋分散于超纯水中,然后将氯化铵和二水合钨酸钠,按照氯化铵和二水合钨酸钠的摩尔比为0.01~1的比例,加入到硝酸铋溶液中,继续搅拌得到均一的悬浮液,然后将悬浮液转移至高温反应釜中,放入鼓风干燥箱中热处理,待反应结束后反应釜自然冷却至室温后反复洗涤。催化剂的用途是在LED灯模拟太阳光下降解罗丹明B的应用。
Description
技术领域
本发明涉及光催化技术,具体涉及钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂的制备技术。
背景技术
近年来,由于半导体光催化剂在太阳光照射下即可表现出高效的光催化活性受到了极大的关注。截至目前,已有很多高效的光催化剂被发现,例如二氧化钛、钨酸铋、氯氧铋、氧化锌、三氧化钨等。铋基半导体如钨酸铋和氯氧铋有活性高、价格低廉和环境友好等特点,被认为是有极大发展前景的半导体光催化剂,特别是在有害染料的降解方面优势极为突出。
钨酸铋是Aurivillius 化合物中最简单的一种,是一种n型宽带隙新型半导体光催化材料,具备高稳定性、纳米结构、高催化性能等优点,但钨酸铋的带隙相对较大(2.7eV) ,只能吸收 450 nm 以下的光,且光生电子空穴对容易发生复合,从而使材料的光催化性能降低,不能达到预期的要求。因此,为了降低光生电子空穴对复合率,对钨酸铋材料进行复合以提高材料的光催化性能成为近年来以及以后的一个研究热点。
氯氧铋由于其低成本,合适的能带结构等特点引起了很多关注,其独特的层状结构可以沿垂直于[Bi2O2]2+和[Cl2]2-层的[001]晶体方向诱导内部电场,这可以促进光生载流子的分离和转移,从而提高光催化性能。然而,尽管具有3.46eV带隙的氯氧铋半导体被认为是优异的光催化剂,但其光催化活性仅限于紫外光并且对可见光并没有响应。必须要指出的是,太阳光中只有相当小的比例处于紫外区域,而可见光区域约占总能量的45%。所以急需一种简便经济的方法合成新型光催化剂。
发明内容
本发明的目的是提供一种钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂及制备方法和用途。
本发明是钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂及制备方法和用途,钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂由钨酸铋和氯氧铋组成,其中,氯氧铋的摩尔分数为 1%~100%。
以上所述的钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂的制备方法,其步骤为:将1 mmol的五水合硝酸铋分散于超纯水中,然后将氯化铵和二水合钨酸钠,按照氯化铵和二水合钨酸钠的摩尔比为0.01~1的比例,加入到硝酸铋溶液中,继续搅拌得到均一的悬浮液,然后将悬浮液转移至高温反应釜中,放入鼓风干燥箱中热处理,待反应结束后反应釜自然冷却至室温后反复洗涤。
钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂的用途,所述钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂在LED灯模拟太阳光下降解罗丹明B的应用。
本发明的有益之处是通过一步水热路线成功合成钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂,提高了光能利用率,并降低电子-空穴复合率,对钨酸铋和氯氧铋两种材料在光催化领域的实际应用具有重大意义。
本发明制备的钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂可见光催化活性相比钨酸铋和氯氧铋均有显著提高,在50W LED灯模拟光源照射下对5mg/L的罗丹明B降解率超过99.99%。
本发明制备的钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂具有优异的稳定性和可循环性,四次循环后复合光催化剂的活性依然很高。
附图说明
图1为本发明所制备样品的XRD图谱(其中横坐标为角度,纵坐标为强度),图2为本发明所制备样品的SEM照片,图3为本发明所制备样品的紫外可见漫反射图谱 (其中横坐标为波长,纵坐标为吸光度),图4为本发明所制备的样品在50W LED 灯模拟灯光下照射5mg/L罗丹明B的降解图,图5为本发明实施例3制备的样品重复进行四次降解实验的循环图(其中横坐标为时间,纵坐标为降解率)。
具体实施方式
本发明是钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂及制备方法和用途,钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂由钨酸铋和氯氧铋组成,其中,氯氧铋的摩尔分数为 1%~100%。
以上所述的钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂的制备方法,其步骤为:将1 mmol的五水合硝酸铋分散于超纯水中,然后将氯化铵和二水合钨酸钠,按照氯化铵和二水合钨酸钠的摩尔比为0.01~1的比例,加入到硝酸铋溶液中,继续搅拌得到均一的悬浮液,然后将悬浮液转移至高温反应釜中,放入鼓风干燥箱中热处理,待反应结束后反应釜自然冷却至室温后反复洗涤。
以上所述方法的分散采用超声分散2min。
以上所述方法的搅拌采用磁力搅拌30min。
以上所述方法的放入鼓风干燥箱中的热处理温度为180℃,时间是24h。
以上所述方法的洗涤的方法是用超纯水和无水乙醇各洗涤三遍。
以上所述方法的干燥的方法是在真空干燥箱中以温度60℃、时间12h 干燥样品。
钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂的用途,所述钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂在LED灯模拟太阳光下降解罗丹明B的应用。
所述钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂在LED灯模拟太阳光下降解罗丹明B的应用。
钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂应用于降解罗丹明B,采用50W LED灯作为模拟光源,其色温范围为6000-6500K。所述罗丹明B浓度为5mg/L;所述钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂的用量为0.5g/L。其光催化活性具体测试方法为:采用50W LED灯作为模拟光源,取100ml的罗丹明B放入烧杯中,然后加入钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂,暗吸附平衡后开始光照,光照过程中保持磁力搅拌,间隔一定时间取样,通过紫外可见光分光光度计测定样品吸光度。
以下通过具体的实施例对本发明作进一步说明,并非用以限制本发明,任何人上述实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属本发明的技术方案范围内。
实施例1:钨酸铋光催化剂的制备方法:将1 mmol的五水合硝酸铋加入到33ml超纯水中,超声分散2 min,然后将0.5 mmol二水合钨酸钠加入到硝酸铋溶液中,继续搅拌30min得到均一的悬浮液,然后将悬浮液转移至高温反应釜中,放入鼓风干燥箱中热处理180℃、24h,待反应结束后反应釜自然冷却至室温后用超纯水和无水乙醇各洗涤三次。
实施例2:
氯氧铋光催化剂的制备方法 :将1 mmol的五水合硝酸铋加入到33ml超纯水中,超声分散2 min,然后将1 mmol氯化铵加入到硝酸铋溶液中,继续搅拌30min得到均一的悬浮液,然后将悬浮液转移至高温反应釜中,放入鼓风干燥箱中热处理180℃、24h,待反应结束后反应釜自然冷却至室温后用超纯水和无水乙醇各洗涤三次。
实施例3:
钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂的制备方法:将1 mmol的五水合硝酸铋分散于33ml超纯水中,然后将一定量的氯化铵和二水合钨酸钠加入到硝酸铋溶液中(摩尔比为0.01~1),继续搅拌得到均一的悬浮液,然后将悬浮液转移至高温反应釜中,放入鼓风干燥箱中热处理180℃、24h,待反应结束后反应釜自然冷却至室温后用超纯水和无水乙醇各洗涤三次得到不同摩尔分数的钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂(氯氧铋的摩尔分数为1%~100%)。
应用例:采用50W LED灯作为模拟光源(色温范围为6000-6500K),取100ml 5mg/L的罗丹明B放入烧杯中,然后加入50mg钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂,暗吸附平衡后开始光照,光照过程中保持磁力搅拌,每间隔10min取样2ml,取样后离心以除去悬浮的催化剂,通过紫外可见光分光光度计测定样品吸光度。
由图5可见,复合光催化剂的降解性能明显优于钨酸铋单体光催化剂和氯氧铋单体光催化剂,且钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂多次循环后的光催化活性依然较高。
Claims (8)
1.钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂,其特征在于:钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂由钨酸铋和氯氧铋组成,其中,氯氧铋的摩尔分数为 1%~100%。
2.权利要求1所述的钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂的制备方法,其特征在于,其步骤为:将1 mmol的五水合硝酸铋分散于超纯水中,然后将氯化铵和二水合钨酸钠,按照氯化铵和二水合钨酸钠的摩尔比为0.01~1的比例,加入到硝酸铋溶液中,继续搅拌得到均一的悬浮液,然后将悬浮液转移至高温反应釜中,放入鼓风干燥箱中热处理,待反应结束后反应釜自然冷却至室温后反复洗涤。
3.根据权利要求2所述的钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂的制备方法,其特征在于:所述分散采用超声分散2min。
4.根据权利要求2所述的钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂的制备方法,其特征在于:所述搅拌采用磁力搅拌30min。
5.根据权利要求2所述的钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂的制备方法,其特征在于:所述放入鼓风干燥箱中的热处理温度为180℃,时间是24h。
6.根据权利要求2所述的钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂的制备方法,其特征在于:所述洗涤的方法是用超纯水和无水乙醇各洗涤三遍。
7.根据权利要求2所述的钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂的制备方法,其特征在于:所述干燥的方法是在真空干燥箱中以温度60℃、时间12h 干燥样品。
8.根据权利要求1所述的钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂的用途,其特征在于:所述钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂在LED灯模拟太阳光下降解罗丹明B的应用。
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