[發(fā)明專利]氧化鎢/二氧化鈦異質(zhì)結(jié)復(fù)合可見光光催化劑的制備方法及其產(chǎn)品和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711050249.3
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107715864A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何丹農(nóng);林琳;徐少洪;周移;金彩虹
• 申請（專利權(quán)）人: 上海納米技術(shù)及應(yīng)用國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: B01J23/30
• 分類號: B01J23/30;C02F1/30
• 代理公司: 上海東亞專利商標(biāo)代理有限公司31208
• 代理人: 董梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氧化鎢/二氧化鈦異質(zhì)結(jié)復(fù)合可見光光催化劑的制備方法及其產(chǎn)品和應(yīng)用，該催化劑可應(yīng)用于難降解有機污染物太陽光下的光催化降解。

背景技術(shù)

難降解有機污染物有毒有害，在自然條件下被微生物分解速度很慢，且分解不徹底。這類污染物溶解度小，易在生物體內(nèi)富集，也容易沉淀到底泥中成為水體的潛在污染源。難降解有機污染物包括多環(huán)芳烴、鹵代烴、雜環(huán)類化合物、有機磷農(nóng)藥、表面活性劑、有機染料、抗生素等。現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展使含有難降解有機污染物的工業(yè)廢水中日益增多，廢水中難降解有機污染物的深度處理方法為目前研究熱點。常用的深度處理方法包括：吸附法、生物處理技術(shù)和高級化學(xué)氧化法。其中高級化學(xué)氧化法中的光催化氧化法降解速度快，不產(chǎn)生二次污染，反應(yīng)條件溫和，是環(huán)境領(lǐng)域較活躍的研究方向。二氧化鈦由于化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，熱穩(wěn)定性高，催化活性高，抗光腐蝕，無毒，原料易得等優(yōu)點在眾多的半導(dǎo)體氧化物中脫穎而出，被廣泛用于大氣、水環(huán)境污染物降解、抗菌、除臭和自清潔等領(lǐng)域。然而二氧化鈦作為光催化劑也存在兩大問題：首先，禁帶寬度大導(dǎo)致二氧化鈦對太陽光的利用率極低。其次，二氧化鈦光催化劑的量子效率太低，光激發(fā)的電子和空穴壽命短，容易復(fù)合，導(dǎo)致絕大多數(shù)光生載荷不能進(jìn)行有效的光催化反應(yīng)，這也是阻礙光催化活性進(jìn)一步提高的一大限制因素，這兩個因素極大的限制了其在實際生產(chǎn)和生活中的使用。

近年來，人們嘗試通過金屬摻雜、非金屬摻雜、金屬和非金屬共摻雜、半導(dǎo)體復(fù)合和染料光敏化等手段，拓展二氧化鈦的光響應(yīng)范圍，抑制電子與空穴的復(fù)合，使難降解有機污染物在可見光下進(jìn)行催化光降解，減少廢水中難降解有機污染物處理中的能量消耗，并可以實現(xiàn)污染物直接在太陽光下進(jìn)行光催化降解。

很多研究者嘗試?yán)媚軌蚩梢姽饧ぐl(fā)的窄帶隙金屬氧化物與TiO₂相復(fù)合制備二元乃至多元光催化劑，這被證實是一種效果良好且容易控制的技術(shù)方案。另一方面，WO₃半導(dǎo)體納米材料具有合適的帶隙寬度，但光生電子與空穴易復(fù)合，光催化效率較低。而TiO₂/WO₃復(fù)合光催化劑則兼具兩者優(yōu)點，因此被認(rèn)為是非常有發(fā)展?jié)摿Φ膹?fù)合納米光催化劑材料。

然而，在目前見諸報道的絕大部分水熱合成TiO₂/WO₃的工作中，在水熱過程之前溶液中就已經(jīng)存在有絮狀無定型的含鈦物質(zhì)和含鎢物質(zhì)。在這些工作中，所得產(chǎn)物的的形貌和晶粒尺寸在很大程度受到水熱之前處理過程的影響。而且，含鎢的絮狀物質(zhì)在溶液中迅速形核生長，難以控制其晶粒尺寸與形貌；同時，快速形核過程中難以抑制均質(zhì)形核，最終難以得到良好的異質(zhì)復(fù)合材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于用工藝較簡單的制備方法，制備催化降解效率高的氧化鎢二氧化鈦復(fù)合可見光催化劑。

本發(fā)明所述的氧化鎢/二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備方法具體如下：

一種氧化鎢/二氧化鈦異質(zhì)結(jié)復(fù)合可見光光催化劑的制備方法，其特征在于：首先，配置鎢酸鈉溶液；配置飽和草酸溶液（濃度為1g/7ml），50ml；將兩者混合后，向混合液中快速加入鈦酸酯，生成絮狀物，混合溶液繼續(xù)攪拌。將上述產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到水熱釜中，設(shè)定溫度下反應(yīng)一段時間后，70℃烘干后得到最終產(chǎn)物。

鎢酸鈉的量為0.005～0.02mol。

鈦酸酯包括鈦酸異丙酯和鈦酸四丁酯，加入量為(2.8ml～11.2ml)。

混合溶液攪拌時間為1～3h，水熱溫度為120～180℃，水熱時間為12～24h。

一種氧化鎢/二氧化鈦異質(zhì)結(jié)復(fù)合可見光光催化劑，其特征在于根據(jù)上述任一所述方法制備得到。

一種氧化鎢/二氧化鈦異質(zhì)結(jié)復(fù)合可見光光催化劑在太陽光下光催化降解難降解有機污染物的應(yīng)用。

氧化鎢/二氧化鈦可見光催化劑性能評價在石英玻璃管中進(jìn)行，評價物為20mg/L甲基橙染料溶液，光催化劑用量為1mg/mL，懸濁液攪拌1～2h。將懸濁液暴露于可見光燈下進(jìn)行光催化降解180min，懸濁液進(jìn)行2次離心，離心轉(zhuǎn)速12000rpm，離心時間10min，分光光度計測定甲基橙濃度，計算得出甲基橙光催化降解率。

具體實施方式

下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明：本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述：

實施例1