CN116173991A - 一种Bi2WO6基复合光催化纳米材料及制备方法和应用 - Google Patents
一种Bi2WO6基复合光催化纳米材料及制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116173991A CN116173991A CN202310327637.0A CN202310327637A CN116173991A CN 116173991 A CN116173991 A CN 116173991A CN 202310327637 A CN202310327637 A CN 202310327637A CN 116173991 A CN116173991 A CN 116173991A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- wse
- nano material
- base composite
- vacuum drying
- phenol
- 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.)
- Pending
Links
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 title claims abstract description 91
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 title claims abstract description 85
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 73
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 title claims description 21
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 58
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims abstract description 39
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims abstract description 35
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 33
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims abstract description 30
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims abstract description 30
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 29
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 22
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229960000583 acetic acid Drugs 0.000 claims abstract description 10
- 239000012362 glacial acetic acid Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 25
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 24
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 20
- 239000010865 sewage Substances 0.000 claims description 9
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 abstract description 10
- 238000005215 recombination Methods 0.000 abstract description 10
- 230000006798 recombination Effects 0.000 abstract description 10
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 10
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 9
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 8
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 5
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 25
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 14
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 12
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 12
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 12
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 12
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 12
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 12
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 12
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 10
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 9
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 9
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- FBXVOTBTGXARNA-UHFFFAOYSA-N bismuth;trinitrate;pentahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.[Bi+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O FBXVOTBTGXARNA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 6
- 238000002159 adsorption--desorption isotherm Methods 0.000 description 5
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 5
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 5
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000004128 high performance liquid chromatography Methods 0.000 description 4
- RXQCGGRTAILOIN-UHFFFAOYSA-N mephentermine Chemical compound CNC(C)(C)CC1=CC=CC=C1 RXQCGGRTAILOIN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- HDMGAZBPFLDBCX-UHFFFAOYSA-M potassium;sulfooxy sulfate Chemical compound [K+].OS(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O HDMGAZBPFLDBCX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 4
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 description 4
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 4
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 3
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 3
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 3
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- LDXJRKWFNNFDSA-UHFFFAOYSA-N 2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)-1-[4-[2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]ethanone Chemical compound C1CN(CC2=NNN=C21)CC(=O)N3CCN(CC3)C4=CN=C(N=C4)NCC5=CC(=CC=C5)OC(F)(F)F LDXJRKWFNNFDSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YLZOPXRUQYQQID-UHFFFAOYSA-N 3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)-1-[4-[2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]propan-1-one Chemical compound N1N=NC=2CN(CCC=21)CCC(=O)N1CCN(CC1)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F YLZOPXRUQYQQID-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 238000009396 hybridization Methods 0.000 description 2
- RXPAJWPEYBDXOG-UHFFFAOYSA-N hydron;methyl 4-methoxypyridine-2-carboxylate;chloride Chemical compound Cl.COC(=O)C1=CC(OC)=CC=N1 RXPAJWPEYBDXOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 2
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 description 2
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 2
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OHVLMTFVQDZYHP-UHFFFAOYSA-N 1-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)-2-[4-[2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]ethanone Chemical compound N1N=NC=2CN(CCC=21)C(CN1CCN(CC1)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)=O OHVLMTFVQDZYHP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KZEVSDGEBAJOTK-UHFFFAOYSA-N 1-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)-2-[5-[2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidin-5-yl]-1,3,4-oxadiazol-2-yl]ethanone Chemical compound N1N=NC=2CN(CCC=21)C(CC=1OC(=NN=1)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)=O KZEVSDGEBAJOTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JQMFQLVAJGZSQS-UHFFFAOYSA-N 2-[4-[2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]-N-(2-oxo-3H-1,3-benzoxazol-6-yl)acetamide Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)N1CCN(CC1)CC(=O)NC1=CC2=C(NC(O2)=O)C=C1 JQMFQLVAJGZSQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QWMFKVNJIYNWII-UHFFFAOYSA-N 5-bromo-2-(2,5-dimethylpyrrol-1-yl)pyridine Chemical compound CC1=CC=C(C)N1C1=CC=C(Br)C=N1 QWMFKVNJIYNWII-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102100028292 Aladin Human genes 0.000 description 1
- 101710065039 Aladin Proteins 0.000 description 1
- BSYNRYMUTXBXSQ-UHFFFAOYSA-N Aspirin Chemical compound CC(=O)OC1=CC=CC=C1C(O)=O BSYNRYMUTXBXSQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960001138 acetylsalicylic acid Drugs 0.000 description 1
- 239000002156 adsorbate Substances 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 description 1
- 239000010828 animal waste Substances 0.000 description 1
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 239000003899 bactericide agent Substances 0.000 description 1
- 239000011218 binary composite Substances 0.000 description 1
- 231100000693 bioaccumulation Toxicity 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 238000004939 coking Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 229960002342 mephentermine Drugs 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000002064 nanoplatelet Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 239000003755 preservative agent Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/02—Sulfur, selenium or tellurium; Compounds thereof
- B01J27/057—Selenium or tellurium; Compounds thereof
- B01J27/0573—Selenium; Compounds thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/60—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
- B01J35/61—Surface area
- B01J35/613—10-100 m2/g
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/34—Organic compounds containing oxygen
- C02F2101/345—Phenols
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/10—Photocatalysts
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
- Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
本发明提供的Bi2WO6基复合光催化纳米材料及其制备方法和应用,其中,制备方法包括S1、将摩尔比为1:0.5‑2的Na2WO4·2H2O和WSe2置于去离子水中,超声处理,得到悬浮液;将物质的量为Na2WO4·2H2O的2倍的Bi(NO3)3·5H2O溶于适量冰醋酸中得到Bi(NO3)3·5H2O溶液;在强烈搅拌下将Bi(NO3)3·5H2O溶液滴入悬浮液中;S2、将步骤S1得到的混合液转移到高压反应釜中进行10‑12h水热反应,对水热反应产物进行离心、洗涤和真空干燥处理,得到Bi2WO6基复合光催化纳米材料Bi2WO6/WSe2。本发明通过水热合成法向Bi2WO6中引入WSe2,成功实现了Bi2WO6/WSe2的光生电子‑空穴对在异质界面发生分离,避免单一Bi2WO6催化纳米材料带隙中电子‑空穴的快速原位重组,有助于光生载流子的分离和带隙的缩小。使Bi2WO6/WSe2在可见光照射下对苯酚的降解效率较单一Bi2WO6催化纳米材料大大提高。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料领域,特别是涉及一种Bi2WO6基复合光催化纳米材料及制备方法和应用。
背景技术
苯酚是一种常见的挥发性有机化合物,它是生产树脂、杀菌剂、防腐剂和药物(如阿司匹林)的重要原料。它同样还是炼油厂、石化厂、焦化厂、酚醛树脂厂等工业生产排放废水中的主要污染物之一。某些农产品和动物粪便中也可能产生苯酚。由于苯酚是一种剧毒有机污染物,含酚废水由于其毒性和生物积累性,排入水中会对水环境造成严重破坏,对人类和生物种群健康构成威胁。因此,苯酚的降解处理是一项艰巨且有意义的工程。
光催化氧化是一种低成本、绿色、有效的苯酚去除方法,其中,Bi2WO6作为一种典型的窄带隙和合适能带位置的光催化纳米材料,由于其夹在(Bi2O2)2+层之间的WO6八面体共角结构,具有较好的活性和热化学稳定性。一方面,Bi2WO6由于Bi 6s和O 2p杂化轨道向W 5d轨道的能带跃迁,表现出优异的可见光催化活性;另一方面,Bi2WO6独特的表面依赖催化性能缩短了光生电荷转移的距离,有利于载流子更好地从内部向表面迁移,从而具有较好的光催化能力。
但由于Bi2WO6的光子效率较低,光生载流子在Bi 6s和O 2p杂化轨道到空W 5d轨道之间的高度复合限制了Bi2WO6光催化效率的发挥,使其对苯酚的降解情况并不理想。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题,本发明提供一种Bi2WO6基复合光催化纳米材料及制备方法和应用,通过开发一种Bi2WO6基二元复合纳米光催化材料,大大提高Bi2WO6的光催化活性,使其具有高效降解苯酚的能力,从而实现新型高效环保光催化净化含酚废水体系的构建。
具体发明内容如下:
第一方面,本发明提供一种Bi2WO6基复合光催化纳米材料的制备方法,所述制备方法包括如下步骤:
S1、将摩尔比为1:0.5-2的Na2WO4·2H2O和WSe2置于去离子水中,超声处理,得到悬浮液;将物质的量为Na2WO4·2H2O的2倍的Bi(NO3)3·5H2O溶于适量冰醋酸中得到Bi(NO3)3·5H2O溶液;在强烈搅拌下将Bi(NO3)3·5H2O溶液滴入悬浮液中;
S2、将步骤S1得到的混合液转移到高压反应釜中进行10-12h水热反应,对水热反应产物进行离心、洗涤和真空干燥处理,得到Bi2WO6基复合光催化纳米材料—Bi2WO6/WSe2;其中,所述水热反应的温度为180-200℃,所述Bi2WO6基复合光催化纳米材料的比表面积为11.46m2/g。
可选地,步骤S2中,所述水热反应的温度为180℃,所述水热反应的时间为12h;
所述洗涤处理包括:用去离子水和乙醇交替洗涤6-10次;
所述真空干燥的温度为60-80℃,所述真空干燥的时间为12-24h。
可选地,步骤S1中,
所述超声处理的时间为30-60min;
所述强烈搅拌的时间为2-3h。
可选地,所述WSe2由以下制备方法得到:
S11、以剧烈搅拌的方式将Se和Na2WO4·2H2O加入到一定量的N,N-二甲基甲酰胺中,得到混合溶液A,进一步向混合溶液A中缓慢加入适量NaBH4,连续搅拌,得到混合溶液B;
S12、将混合溶液B转移到高压反应釜中进行水热反应24h,对反应产物进行离心、洗涤和真空干燥处理,得到黑色WSe2。
可选地,步骤S11中,所述Se和Na2WO4·2H2O的摩尔比为2:1;
所述连续搅拌的时间为2-3h。
可选地,步骤S12中,所述水热反应的温度为200-240℃,所述水热反应的时间为24h;
所述洗涤处理包括:用去离子水和乙醇交替洗涤6-10次;
所述真空干燥的温度为60-80℃,所述真空干燥的时间为12-24h。
第二方面,本发明提供一种上述第一方面所述的制备方法得到的Bi2WO6基复合光催化纳米材料,所述Bi2WO6基复合光催化纳米材料的比表面积为11.46m2/g。
第三方面,本发明提供一种上述第一方面所述的制备方法得到的Bi2WO6基复合光催化纳米材料的应用,所述Bi2WO6基复合光催化纳米材料用于可见光驱动污水中苯酚的降解;在可见光照下,向1L所述污水中加入1g所述Bi2WO6基复合光催化纳米材料,在2.5h内对所述苯酚的降解量为10mg。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
本发明提供的Bi2WO6基复合光催化纳米材料及制备方法和应用,通过原位一步水热合成方法向Bi2WO6中引入WSe2,形成新的Bi2WO6/WSe2复合光催化纳米材料,WSe2的引入使Bi2WO6的UV-vis发生红移,使Bi2WO6/WSe2复合光催化纳米材料具有比Bi2WO6更宽的可见光吸收范围。并且,WSe2的引入,成功实现了Bi2WO6/WSe2复合光催化纳米材料的光生电子-空穴对在异质界面(Bi2WO6与WSe2)发生分离,从而避免单一Bi2WO6催化纳米材料带隙中电子-空穴的快速原位重组,有助于光生载流子的分离和带隙的缩小。使Bi2WO6/WSe2复合光催化纳米材料在可见光照射下对苯酚的降解效率较单一Bi2WO6催化纳米材料大大提高。
进一步地,通过实验证明,在Bi2WO6/WSe2、单一WSe2、单一Bi2WO6投加量相同,以及待处理污水中苯酚含量相同的情况下,本发明实施例提供的Bi2WO6/WSe2在2.5h内的苯酚降解效率达到100%,而单一Bi2WO6在2.5h内对苯酚的降解效率仅有13.4%,单一WSe2在2.5h内对苯酚的降解效率为51.4%。相较于单一Bi2WO6光催化纳米材料,Bi2WO6/WSe2复合光催化纳米材具有更宽的可见光吸收范围和更强的对苯酚的降解能力。
此外,本发明提供的Bi2WO6基复合光催化纳米材料在三个连续的降解实验中对苯酚的降解率没有出现任何明显下降,在3个循环以后光催化剂对苯酚的去除仍快速有效,表明Bi2WO6/WSe2复合光催化纳米材料具有较好的重复利用性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明实施例提供的Bi2WO6基复合光催化纳米材料的制备方法流程图;
图2示出了本发明实施例提供的Bi2WO6/WSe2复合光催化纳米材料SEM图像;
图3示出了本发明实施例1-3提供的光催化纳米材料紫外漫反射光谱图;
图4示出了本发明实施例提供的Bi2WO6/WSe2复合光催化纳米材料的N2吸附-脱附等温线图;
图5示出了本发明实施例1-3提供的光催化纳米材料的傅里叶红外图谱;
图6示出了本发明实施例提供的光催化纳米材料光催化降解苯酚的性能对比图;
图7示出了本发明实施例提供的Bi2WO6/WSe2复合光催化纳米材料稳定的光催化性能。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明,并不局限于所述最佳实施方式,不对本发明的内容和保护范围构成限制,任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品,均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或者条件,按照本领域内的现有技术所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂以及其他仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
Bi2WO6作为一种典型的窄带隙和合适能带位置的半导体,具有较高的光催化活性和热化学稳定性。但由于Bi2WO6的光子效率较低,光生载流子在Bi 6s和O 2p杂化轨道到空W5d轨道之间的高度复合,限制了Bi2WO6光催化效率的发挥。本发明的发明人希望借助半导体复合技术,利用WSe2对Bi2WO6进行修饰,实现Bi2WO6/WSe2复合光催化纳米材料的光生电子空穴对在异质界面(Bi2WO6与WSe2)发生分离,从而避免单一Bi2WO6催化纳米材料带隙中电子空穴的快速原位重组,有助于光生载流子的分离和带隙的缩小,从而提高催化纳米材料在可见光照射下对苯酚的降解效率。具体实施内容如下:
第一方面,本发明提供一种Bi2WO6基复合光催化纳米材料的制备方法,图1示出了本发明实施例提供的Bi2WO6基复合光催化纳米材料的制备方法流程图,如图1所示,所述制备方法包括如下步骤:
S1、将摩尔比为1:(0.5-2)的Na2WO4·2H2O和WSe2置于去离子水中,超声处理,得到悬浮液;将物质的量为Na2WO4·2H2O的2倍的Bi(NO3)3·5H2O溶于适量冰醋酸中得到Bi(NO3)3·5H2O溶液;在强烈搅拌下将Bi(NO3)3·5H2O溶液滴入悬浮液中。
本步骤中,Na2WO4·2H2O、WSe2和Bi(NO3)3·5H2O混合得到悬浮液,能保证后续制备步骤中,Na2WO4·2H2O和Bi(NO3)3·5H2O反应逐渐生成Bi2WO6的同时,Bi2WO6与WSe2进一步发生原位复合,从而提高复合材料的电荷分离效率。
需要注意的是,Na2WO4·2H2O、Bi(NO3)3·5H2O和WSe2的摩尔比控制在1:2:(0.5-2);超声处理的时间控制在30-60min,强烈搅拌的时间控制在2-3h。
作为示例,本步骤可以将164.9mg Na2WO4·2H2O和157.8mg WSe2置于60mL去离子水中,超声处理30min,得到悬浮液;然后将485.1mg五水合硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)溶于5mL冰醋酸中得到硝酸铋溶液;并在强烈搅拌下将硝酸铋溶液滴入到上述悬浮液中。
S2、将步骤S1得到的混合液转移到高压反应釜中进行10-12h水热反应,对水热反应产物进行离心、洗涤和真空干燥处理,得到Bi2WO6基复合光催化纳米材料—Bi2WO6/WSe2。
本步骤中,水热反应过程中,Na2WO4·2H2O与Bi(NO3)3·5H2O发生反应生成Bi2WO6,同时,生成的Bi2WO6与WSe2进一步发生复合,得到Bi2WO6/WSe2复合光催化纳米材料。因此,水热反应条件的选择必须兼顾这两个反应过程,发明人经大量实验验证后发现,水热反应的温度控制在180-200℃,优选180℃,时间为12h时,所获得的Bi2WO6/WSe2材料是多层超薄纳米片形成的花瓣状团聚结构,比表面积为11.46m2/g;具有较好的结晶度和稳定性。
在一些实施方式中,洗涤处理方法为,用去离子水和乙醇交替洗涤6-10次;真空干燥的温度选择60-80℃,真空干燥的时间为12-24h。
作为示例,本步骤将上述步骤S1中得到的混合物转移到衬有聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中,180℃水热反应12h。得到的沉淀物离心收集,用去离子水和乙醇交替洗涤10次;进一步在60℃真空干燥12h,得到Bi2WO6/WSe2。
本发明通过将Na2WO4·2H2O、WSe2与Bi(NO3)3·5H2O三者进行混合,并转移到高压反应釜中,在180-200℃进行水热反应过程中,混合液中的Na2WO4·2H2O与Bi(NO3)3·5H2O能够反应生成Bi2WO6,进一步地,混合液中的WSe2与新生成的Bi2WO6发生原位复合,即可获得复合光催化纳米材料—Bi2WO6/WSe2,即,通过一步水热法成功实现该复合材料的合成。并且,Bi2WO6/WSe2复合光催化纳米材料中WSe2的引入,使Bi2WO6的UV-vis发生红移,使Bi2WO6/WSe2复合光催化纳米材料具有比Bi2WO6更宽的可见光吸收范围。并且,WSe2的引入,成功实现了Bi2WO6/WSe2复合光催化纳米材料的光生电子-空穴对在异质界面(Bi2WO6与WSe2)发生分离,从而避免单一Bi2WO6催化纳米材料带隙中电子-空穴的快速原位重组,有助于光生载流子的分离和带隙的缩小。使Bi2WO6/WSe2复合光催化纳米材料在可见光照射下对苯酚的降解效率较单一Bi2WO6催化纳米材料大大提高。
在一些实施方式中,WSe2的制备步骤包括:
S11、以剧烈搅拌的方式将Se和Na2WO4·2H2O加入到一定量的N,N-二甲基甲酰胺中,得到混合溶液A,进一步向混合溶液A中缓慢加入适量NaBH4,连续搅拌,得到混合溶液B。其中,控制连续搅拌的时间在2-3h;
作为示例,本步骤具体操作可以是将315.6mg硒粉(Se)和659.6mg Na2WO4·2H2O的混合物加入到含有60mL N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的烧杯中剧烈搅拌。然后向混合溶液中缓慢加入100mg NaBH4,连续搅拌3h,得到混合溶液。
S12、将混合溶液B转移到高压反应釜中进行水热反应,对反应产物进行离心、洗涤和真空干燥处理,得到黑色WSe2。其中,Se和Na2WO4·2H2O作为反应前驱体,在水热条件下,被强还原剂NaBH4还原得到WSe2;具体反应条件为:控制水热反应温度为200-240℃,优选240℃,时间为24h;Se和Na2WO4·2H2O的摩尔比为2:1。
作为示例,本步骤具体操作可以是将步骤S11得到的混合溶液转移到衬有聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中,240℃水热反应24h。离心收集黑色固体沉淀,用去离子水和乙醇交替洗涤10次;进一步在60℃真空干燥12h,得到黑色产物WSe2。
在一些实施方式中,对反应产物进行离心、洗涤和真空干燥处理,包括用去离子水和乙醇交替洗涤反应产物6-10次,真空干燥的温度为60-80℃,时间为12-24h。
第二方面,本发明提供一种上述第一方面所述的制备方法得到的Bi2WO6基复合光催化纳米材料,所述Bi2WO6/WSe2基复合光催化纳米材料的形貌为多层超薄纳米片形成的花瓣状团聚结构,所述Bi2WO6基复合光催化纳米材料的比表面积为11.46m2/g。
图2示出了本发明实施例提供的Bi2WO6/WSe2复合光催化纳米材料SEM图像,如图2所示,Bi2WO6/WSe2材料是多层超薄纳米片形成的花瓣状团聚结构。图3示出了本发明实施例提供的光催化纳米材料紫外漫反射光谱图。如图3所示,Bi2WO6光催化剂的光吸收边在450nm左右,WSe2的光学吸收覆盖了全可见光谱。由于二者吸光互补,因此,Bi2WO6/WSe2复合光催化纳米材料的可见光吸收强度较WSe2稍微减弱,但吸收范围仍覆盖全可见光谱,且出现了较大的吸收尾峰,表明其可以利用足够的可见光。有效弥补了Bi2WO6光吸收范围窄的缺陷。并且,通过光催化活性评价实验验证得到,同等质量的Bi2WO6/WSe2复合光催化纳米材料、单一Bi2WO6和单一WSe2在2.5h内对含有相同苯酚含量的污水进行苯酚降解处理,降解效率分别为100%、13.4%和51.4%。这说明Bi2WO6/WSe2复合光催化纳米材料在异质界面发生光生电子-空穴对分离,从而抑制了Bi2WO6和WSe2带隙中电子-空穴的原位重组,因此,Bi2WO6/WSe2复合光催化纳米材料在可见光照射下具有更高的苯酚降解效率。
第三方面,本发明提供一种上述第一方面所述的制备方法得到的Bi2WO6基复合光催化纳米材料的应用,所述Bi2WO6基复合光催化纳米材料用于可见光驱动污水中苯酚的降解;在可见光照下,向1L所述污水中加入1g所述Bi2WO6基复合光催化纳米材料,在2.5h内对所述苯酚的降解量为10mg。
在一些实施方式中,在Bi2WO6/WSe2、单一Bi2WO6、单一WSe2投加量相同,以及待处理污水中苯酚含量相同的情况下,本发明实施例提供的Bi2WO6/WSe2在2.5h内的苯酚降解效率达到100%,而单一Bi2WO6在2.5h内对苯酚的降解效率仅有13.4%,单一WSe2在2.5h内对苯酚的降解效率为51.4%。相较于单一Bi2WO6光催化纳米材料,Bi2WO6/WSe2复合光催化纳米材具有更宽的可见光吸收范围和更强的对苯酚的降解能力。
作为示例,验证Bi2WO6/WSe2复合光催化纳米材对苯酚降解效率的过程具体为:光催化降解苯酚反应在100mL石英光化学反应器中进行。苯酚溶液的初始浓度为10mg/L(10ppm),光催化剂的初始浓度为1g/L。可见光源由一个300W的氙灯和滤光片(>420nm)获得。光源和反应器之间的距离是10cm。光强被测定为两个太阳光强(200mW/cm2),将催化剂样品(30mg)与30mL苯酚溶液(10ppm)添加到反应器中。在光照前,进行暗吸附处理30min以达到吸附解吸平衡,随后加入2mM过硫酸氢钾(PMS)。然后打开光源,反应2.5h。在光催化反应过程中,每30min取出1.0mL溶液,通过0.22μm微孔过滤器过滤,去除光催化剂。将溶液转移到高效液相色谱(HPLC)小瓶中,用带紫外检测器的HPLC设备分析测定苯酚浓度。苯酚的降解率(D)计算为D(%)=(1-C/C0)×100%,其中C和C0分别为0和t min时苯酚的浓度。
此外,本发明提供的Bi2WO6基复合光催化纳米材料在三个连续的降解实验中对苯酚的降解率没有出现任何明显下降,在3个循环以后光催化剂对苯酚的去除仍快速有效,表明Bi2WO6/WSe2复合光催化纳米材料具有较好的重复利用性。
作为示例,验证Bi2WO6/WSe2复合光催化纳米材的重复利用性能的操作具体为:在第一次降解反应完成后,在离心的帮助下将催化剂与溶液分离,并用去离子水和乙醇分别洗涤三次,在冷冻干燥机干燥12小时后收藏备用;用上述收藏备用的材料,进行第二次降解反应,除材料外,其余反应条件和第一次保持一致;第二次反应完成后,重复上述步骤,进行第三次降解实验。
为使本领域技术人员更加清楚地理解本申请,现通过以下实施例对本申请所述的一种Bi2WO6基复合光催化纳米材料及制备方法和应用进行详细说明。
本发明制备原料中的硒粉(Se)、二水合钨酸钠(Na2WO4·2H2O)、五水合硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和NaBH4均购自Aladdin(中国上海)。所有试剂无需进一步纯化即可使用。所有实验均使用去离子水。
实施例1
步骤1:将315.6mg硒粉(Se)和659.6mg Na2WO4·2H2O的混合物加入到含有60mL N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的烧杯中剧烈搅拌。向混合溶液中缓慢加入100mg NaBH4,连续搅拌。将得到的混合物转移到衬有聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中,240℃水热反应24h。离心收集黑色固体沉淀,用去离子水和乙醇交替洗涤10次;进一步在60℃真空干燥12h,得到WSe2。
步骤2:将164.9mg Na2WO4·2H2O和157.8mg WSe2(摩尔比为1:1)置于60mL去离子水中,超声处理30min。将485.1mg五水合硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)溶于5mL冰醋酸中,在强烈搅拌下滴入上述悬浮液中。将得到的混合物转移到衬有聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中,180℃水热反应12h。得到的沉淀物离心收集,用去离子水和乙醇交替洗涤10次;进一步在60℃真空干燥12h,得到Bi2WO6/WSe2。
实施例2
将315.6mg硒粉(Se)和659.6mg Na2WO4·2H2O的混合物加入到含有60mL N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的烧杯中剧烈搅拌。向混合溶液中缓慢加入100mg NaBH4,连续搅拌。将得到的混合物转移到衬有聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中,240℃水热反应24h。离心收集黑色固体沉淀,多次洗涤,真空干燥,得到WSe2。
实施例3
将164.9mg Na2WO6·2H2O置于60mL去离子水中,超声处理30min。将485.1mg五水合硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)溶于5mL冰醋酸中,在强烈搅拌下滴入上述悬浮液中。将得到的混合物转移到衬有聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中,180℃水热反应12h。得到的沉淀物离心收集,多次洗涤,真空干燥,得到Bi2WO6。
图3示出了本发明实施例1-3提供的光催化纳米材料紫外漫反射光谱图。如图3所示,实施例3提供的Bi2WO6光催化剂的光吸收边在450nm左右,实施例2提供的黑色WSe2的光学吸收覆盖了全可见光谱。由于二者吸光互补,使得实施例1提供的Bi2WO6/WSe2复合光催化纳米材料的可见光吸收强度稍微减弱但吸收范围仍覆盖全可见光谱,且出现了较大的吸收尾峰,表明其可以利用足够的可见光。
图4示出了本发明实施例提供的Bi2WO6/WSe2复合光催化纳米材料的N2吸附-脱附等温线图,如图4所示,复合材料比表面积为11.46m2/g。这是由于超薄纳米片之间形成的团聚,说明吸附剂和吸附质之间的作用力相当弱,对有机污染物的吸附效果较差,在光催化降解有机污染物主要发生氧化还原反应。
图5示出了本发明实施例1-3提供的光催化纳米材料的傅里叶红外图谱,如图5所示,采用FTIR分析研究合成后样品的组成和结构,对于实施例3提供的Bi2WO6,在581cm-1,720cm-1和1610cm-1附近的吸收峰,对应于Bi-O,W-O伸缩振动以及W-O-W扩展振动引起的吸收峰;对于实施例2提供的WSe2,在550cm-1附近观察到WSe2纳米片的特征峰,这表明W-Se的伸缩振动。对于Bi2WO6/WSe2,Bi2WO6和WSe2的主要典型吸收峰均存在于Bi2WO6/WSe2中,进一步表明实施例1对Bi2WO6/WSe2复合催化剂的成功合成。
实施例4
步骤1:将315.6mg硒粉(Se)和659.6mg Na2WO4·2H2O的混合物加入到含有60mL N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的烧杯中剧烈搅拌。向混合溶液中缓慢加入100mg NaBH4,连续搅拌。将得到的混合物转移到衬有聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中,240℃水热反应24h。离心收集黑色固体沉淀,用去离子水和乙醇交替洗涤10次;进一步在60℃真空干燥12h,得到WSe2。
步骤2:将164.9mg Na2WO4·2H2O和89.95mg WSe2(摩尔比为1:0.5)置于60mL去离子水中,超声处理30min。将485.1mg五水合硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)溶于5mL冰醋酸中,在强烈搅拌下滴入上述悬浮液中。将得到的混合物转移到衬有聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中,180℃水热反应12h。得到的沉淀物离心收集,用去离子水和乙醇交替洗涤10次;进一步在60℃真空干燥12h,得到Bi2WO6/WSe2。
实施例4制备的Bi2WO6/WSe2复合光催化纳米材料的紫外漫反射光谱图、N2吸附-脱附等温线图以及傅里叶红外图谱与实施例1几乎相同,此处不再重复给出。
实施例5
步骤1:将315.6mg硒粉(Se)和659.6mg Na2WO4·2H2O的混合物加入到含有60mL N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的烧杯中剧烈搅拌。向混合溶液中缓慢加入100mg NaBH4,连续搅拌。将得到的混合物转移到衬有聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中,240℃水热反应24h。离心收集黑色固体沉淀,用去离子水和乙醇交替洗涤10次;进一步在60℃真空干燥12h,得到WSe2。
步骤2:将164.9mg Na2WO4·2H2O和171.89mg WSe2(摩尔比为1:1)置于60mL去离子水中,超声处理30min。将485.1mg五水合硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)溶于5mL冰醋酸中,在强烈搅拌下滴入上述悬浮液中。将得到的混合物转移到衬有聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中,180℃水热反应12h。得到的沉淀物离心收集,用去离子水和乙醇交替洗涤10次;进一步在60℃真空干燥12h,得到Bi2WO6/WSe2。
实施例5制备的Bi2WO6/WSe2复合光催化纳米材料的紫外漫反射光谱图、N2吸附-脱附等温线图以及傅里叶红外图谱与实施例1几乎相同,此处不再重复给出。
实施例6
步骤1:将315.6mg硒粉(Se)和659.6mg Na2WO4·2H2O的混合物加入到含有60mL N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的烧杯中剧烈搅拌。向混合溶液中缓慢加入100mg NaBH4,连续搅拌。将得到的混合物转移到衬有聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中,240℃水热反应24h。离心收集黑色固体沉淀,用去离子水和乙醇交替洗涤10次;进一步在60℃真空干燥12h,得到WSe2。
步骤2:将164.9mg Na2WO4·2H2O和343.78mg WSe2(摩尔比为1:2)置于60mL去离子水中,超声处理30min。将485.1mg五水合硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)溶于5mL冰醋酸中,在强烈搅拌下滴入上述悬浮液中。将得到的混合物转移到衬有聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中,180℃水热反应12h。得到的沉淀物离心收集,用去离子水和乙醇交替洗涤10次;进一步在60℃真空干燥12h,得到Bi2WO6/WSe2。
实施例6制备的Bi2WO6/WSe2复合光催化纳米材料的紫外漫反射光谱图、N2吸附-脱附等温线图以及傅里叶红外图谱与实施例1几乎相同,此处不再重复给出。
实验例1
本实验例用于验证实施例1,实施例2和实施例3制备的Bi2WO6/WSe2,WSe2和Bi2WO6光催化纳米材料对苯酚的降解性能。
(1)光催化活性评价:
光催化降解苯酚反应在100mL石英光化学反应器中进行。苯酚溶液的初始浓度为10mg/L(10ppm),光催化剂的初始浓度为1g/L。可见光源由一个300W的氙灯和滤光片(>420nm)获得。光源和反应器之间的距离是10cm。光强被测定为两个太阳光强(200mW/cm2),将催化剂样品(30mg)与30mL苯酚溶液(10ppm)添加到反应器中。在光照前,进行暗吸附处理30min以达到吸附解吸平衡,随后加入2mM过硫酸氢钾(PMS)。然后打开光源,反应2.5h。在光催化反应过程中,每30min取出1.0mL溶液,通过0.22μm微孔过滤器过滤,去除光催化剂。将溶液转移到高效液相色谱(HPLC)小瓶中,用带紫外检测器的HPLC设备分析测定苯酚浓度。苯酚的降解率(D)计算为D(%)=(1-C/C0)×100%,其中C和C0分别为0和t min时苯酚的浓度。
(2)连续降解实验:
在第一次降解反应完成后,在离心的帮助下将催化剂与溶液分离,并用去离子水和乙醇分别洗涤三次,在冷冻干燥机干燥12小时后收藏备用;用上述收藏备用的材料,进行第二次降解反应,除材料外,其余反应条件和第一次保持一致;第二次反应完成后,重复上述步骤,进行第三次降解实验。
图6示出了本发明实施例提供的光催化纳米材料光催化降解苯酚的性能对比图。如图6所示,实施例3提供的纯Bi2WO6在2.5h内对苯酚的降解效率为13.4%,这是由于其有限的可见光吸收和光生载流子在Bi 6s和O 2p杂化轨道到空W 5d轨道之间的高度复合;实施例2提供的单一WSe2对苯酚的降解效率为51.4%,可见,尽管WSe2具有优异的可见光吸收,但是其带隙中电子空穴的的快速原位重组严重抑制了其光电转换效率。而实施例1提供的Bi2WO6/WSe2复合光催化纳米材料在2.5h内苯酚降解效率达到100%,这得益于Bi2WO6/WSe2复合光催化纳米材料在异质界面发生光生电子-空穴对分离,从而抑制了Bi2WO6和WSe2带隙中电子-空穴的原位重组,因此,Bi2WO6/WSe2复合光催化纳米材料在在可见光照射下具有更高的苯酚的降解效率。
图7示出了本发明实施例提供的Bi2WO6/WSe2复合光催化纳米材料稳定的光催化性能。在每个重复循环中,苯酚的降解率没有出现任何明显下降,在3个循环以后光催化剂对苯酚的去除仍快速有效,表明催化剂具有较高的重复利用性。
以上对本发明所提供的一种Bi2WO6基复合光催化纳米材料及其制备方法和应用进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种Bi2WO6基复合光催化纳米材料的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括如下步骤:
S1、将摩尔比为1:0.5-2的Na2WO4·2H2O和WSe2置于去离子水中,超声处理,得到悬浮液;将物质的量为Na2WO4·2H2O的2倍的Bi(NO3)3·5H2O溶于适量冰醋酸中得到Bi(NO3)3·5H2O溶液;在强烈搅拌下将Bi(NO3)3·5H2O溶液滴入悬浮液中;
S2、将步骤S1得到的混合液转移到高压反应釜中进行10-12h水热反应,对水热反应产物进行离心、洗涤和真空干燥处理,得到Bi2WO6基复合光催化纳米材料—Bi2WO6/WSe2;其中,所述水热反应的温度为180-200℃,所述Bi2WO6/WSe2的比表面积为11.46m2/g。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤S2中,所述水热反应的温度为180℃,所述水热反应的时间为12h。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤S2中,所述洗涤处理包括:用去离子水和乙醇交替洗涤6-10次;
所述真空干燥的温度为60-80℃,所述真空干燥的时间为12-24h。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤S1中,所述超声处理的时间为30-60min;
所述强烈搅拌的时间为2-3h。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述WSe2经以下制备步骤得到:
S11、以剧烈搅拌的方式将Se和Na2WO4·2H2O加入到一定量的N,N-二甲基甲酰胺中,得到混合溶液A,进一步向混合溶液A中缓慢加入适量NaBH4,连续搅拌,得到混合溶液B;
S12、将混合溶液B转移到高压反应釜中进行水热反应24h,对反应产物进行离心、洗涤和真空干燥处理,得到黑色WSe2。
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,步骤S11中,所述Se和Na2WO4·2H2O的摩尔比为2:1;
所述连续搅拌的时间为2-3h。
7.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,步骤S12中,所述水热反应的温度为200-240℃,所述水热反应的时间为24h。
8.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,步骤S12中,所述洗涤处理包括:用去离子水和乙醇交替洗涤6-10次;
所述真空干燥的温度为60-80℃,所述真空干燥的时间为12-24h。
9.一种上述权利要求1-8任一所述的制备方法得到的Bi2WO6基复合光催化纳米材料,其特征在于,所述Bi2WO6基复合光催化纳米材料的比表面积为11.46m2/g。
10.一种上述权利要求1-8任一所述的制备方法得到的Bi2WO6基复合光催化纳米材料的应用,其特征在于,所述Bi2WO6基复合光催化纳米材料用于可见光驱动污水中苯酚的降解;
在可见光照下,向1L所述污水中加入1g所述Bi2WO6基复合光催化纳米材料,在2.5h内对所述苯酚的降解量为10mg。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202310327637.0A CN116173991A (zh) | 2023-03-24 | 2023-03-24 | 一种Bi2WO6基复合光催化纳米材料及制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202310327637.0A CN116173991A (zh) | 2023-03-24 | 2023-03-24 | 一种Bi2WO6基复合光催化纳米材料及制备方法和应用 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN116173991A true CN116173991A (zh) | 2023-05-30 |
Family
ID=86432946
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202310327637.0A Pending CN116173991A (zh) | 2023-03-24 | 2023-03-24 | 一种Bi2WO6基复合光催化纳米材料及制备方法和应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN116173991A (zh) |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102941082A (zh) * | 2012-11-30 | 2013-02-27 | 南开大学 | 一种可循环使用且能高效降解苯酚的光催化剂的制备方法 |
CN103962158A (zh) * | 2014-04-30 | 2014-08-06 | 南昌航空大学 | 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 |
CN105597738A (zh) * | 2016-01-15 | 2016-05-25 | 武汉工程大学 | 一种可见光光催化剂钨酸铋纳米晶片及其制备方法 |
CN105776154A (zh) * | 2016-05-10 | 2016-07-20 | 电子科技大学 | 二硒化钨纳米片的制备方法 |
CN106824070A (zh) * | 2017-01-22 | 2017-06-13 | 青岛科技大学 | 一种二硒化钨‑氮掺杂石墨烯光催化吸附材料及其制备方法 |
CN107475694A (zh) * | 2017-06-20 | 2017-12-15 | 广东工业大学 | 一种在fto衬底上制备二硒化钨半导体薄膜的方法及其应用 |
CN112156803A (zh) * | 2020-09-28 | 2021-01-01 | 东北大学 | 光催化复合材料及其制备方法和应用 |
KR20220003372A (ko) * | 2020-07-01 | 2022-01-10 | 한양대학교 산학협력단 | 오염물의 물리적 포획 구조를 갖는 광 촉매 필터 및 이를 이용하여 가스 상 매질의 정화 방법 |
CN113908827A (zh) * | 2021-10-18 | 2022-01-11 | 青岛科技大学 | 一种氧化钨@钨酸铋异质结压电催化材料制备方法及用途 |
CN114832808A (zh) * | 2022-05-19 | 2022-08-02 | 法尔曼环保科技(苏州)有限公司 | 一种光催化降解甲苯的WO3/Bi2WO6复合异质结材料的制备方法 |
-
2023
- 2023-03-24 CN CN202310327637.0A patent/CN116173991A/zh active Pending
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102941082A (zh) * | 2012-11-30 | 2013-02-27 | 南开大学 | 一种可循环使用且能高效降解苯酚的光催化剂的制备方法 |
CN103962158A (zh) * | 2014-04-30 | 2014-08-06 | 南昌航空大学 | 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 |
CN105597738A (zh) * | 2016-01-15 | 2016-05-25 | 武汉工程大学 | 一种可见光光催化剂钨酸铋纳米晶片及其制备方法 |
CN105776154A (zh) * | 2016-05-10 | 2016-07-20 | 电子科技大学 | 二硒化钨纳米片的制备方法 |
CN106824070A (zh) * | 2017-01-22 | 2017-06-13 | 青岛科技大学 | 一种二硒化钨‑氮掺杂石墨烯光催化吸附材料及其制备方法 |
CN107475694A (zh) * | 2017-06-20 | 2017-12-15 | 广东工业大学 | 一种在fto衬底上制备二硒化钨半导体薄膜的方法及其应用 |
KR20220003372A (ko) * | 2020-07-01 | 2022-01-10 | 한양대학교 산학협력단 | 오염물의 물리적 포획 구조를 갖는 광 촉매 필터 및 이를 이용하여 가스 상 매질의 정화 방법 |
CN112156803A (zh) * | 2020-09-28 | 2021-01-01 | 东北大学 | 光催化复合材料及其制备方法和应用 |
CN113908827A (zh) * | 2021-10-18 | 2022-01-11 | 青岛科技大学 | 一种氧化钨@钨酸铋异质结压电催化材料制备方法及用途 |
CN114832808A (zh) * | 2022-05-19 | 2022-08-02 | 法尔曼环保科技(苏州)有限公司 | 一种光催化降解甲苯的WO3/Bi2WO6复合异质结材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
KARAN BANSAL ET AL.: "Structural and Surface Morphological Studies of WSe2 2-D Material", 《ADVANCED MATERIALS AND RADIATION PHYSICS》, vol. 2352, pages 1 - 4 * |
MEI SU ET AL.: "Z-scheme 2D/2D WS2/Bi2WO6heterostructures with enhanced photocatalytic performance", 《APPLIED CATALYSIS A, GENERAL》, no. 631, pages 1 - 10 * |
陈尚民: "Bi2WO6基异质结的构建与光催化理论研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》, no. 6, pages 014 - 692 * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Peng et al. | Facile fabrication of hollow biochar carbon-doped TiO2/CuO composites for the photocatalytic degradation of ammonia nitrogen from aqueous solution | |
Ahmadpour et al. | A hierarchical Ca/TiO 2/NH 2-MIL-125 nanocomposite photocatalyst for solar visible light induced photodegradation of organic dye pollutants in water | |
Chen et al. | Studies on the photocatalytic performance of cuprous oxide/chitosan nanocomposites activated by visible light | |
CN109806900B (zh) | 一种分子印迹型Ag/Ag3VO4/CN纳米片复合光催化剂的制备方法及应用 | |
CN107140724B (zh) | 一种含In-Co MOFs吸附与活化过硫酸盐协同去除水中低浓度抗生素的方法 | |
CN114849748B (zh) | 一种CoS/Ti3C2MXene复合材料的制备及其应用 | |
CN111992255B (zh) | 用于去除水中双酚A的片状g-C3N4/ZIF-8/AgBr复合材料及其制备方法 | |
CN112337490A (zh) | 一种Mn-FeOCl材料制备及其催化降解水中孔雀石绿使用方法 | |
CN114105280A (zh) | 一种基于非金属复合催化材料活化过二硫酸盐处理有机废水的方法 | |
CN111111727A (zh) | 一种三元磁性复合可见光催化纳米材料及其制备方法与应用 | |
CN112958150A (zh) | 乙二胺包覆硫碲化镉纳米带光催化剂的制备及放射性废水中铀的分离方法 | |
Rahmani et al. | Enhancing the visible light absorption of MOF-808 by surface decoration with sulfur and nitrogen co-doped carbon quantum dots: Highly efficient photocatalyst for improved photocatalytic water remediation | |
Zhou et al. | Photocatalytic hydrogen energy recovery from sulfide-containing wastewater using thiol-UiO-66 modified Mn0. 5Cd0. 5S nanocomposites | |
CN107117683B (zh) | 一种含In-Co MOFs在可见光下催化降解水体中低浓度抗生素的方法 | |
CN115715980B (zh) | Mn3O4/CNTs类芬顿催化剂及其制备方法和应用 | |
CN116173991A (zh) | 一种Bi2WO6基复合光催化纳米材料及制备方法和应用 | |
CN111268758A (zh) | 苯酚废水的处理方法 | |
CN113244929B (zh) | 铁铋氧化物Bi2Fe4O9的制备方法及在有机废水处理中的应用 | |
CN114177906A (zh) | 一种高效稳定的光催化反硝化材料及其制备方法 | |
CN108745415B (zh) | 一种聚邻苯二胺修饰AgCl/g-C3N4复合光催化剂及其制备与应用 | |
CN102120665A (zh) | 一种光催化净化水中五氯酚的方法 | |
CN113413913A (zh) | 一种石墨烯光催化剂的制备方法、产品及应用 | |
CN113649012B (zh) | 一种碳包覆铁酸锌催化剂的制备方法及其应用 | |
CN113772736B (zh) | 一种复合金属氧化物及其制备方法和用途、除碘方法 | |
CN113634261B (zh) | 一种废水净化材料 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |