一种钛钨酸铋光催化剂的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种钛钨酸铋光催化剂的制备方法及其应用，属于材料制备、环境污染治理的技术领域。所述的钛钨酸铋光催化剂的化学式为Bi6Ti3WO18，其是以硝酸铋、钛酸四丁酯和六氯化钨为起始物，通过酯化络合制备得到前驱物，再经过热处理制备具有光催化活性的Bi6Ti3WO18纳米片。本发明专利技术制备的光催化剂具有较小的颗粒尺寸，比表面积大，可见光响应强，高光催化性能的特点。本发明专利技术的制备过程简单方便，能耗低，成本低，产率高，符合实际生产需要，有较大的应用潜力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料制备、环境污染治理的
，具体涉及一种钛钨酸铋光催化剂的新型制备方法与应用。
技术介绍
随着工业经济的不断发展，污水的大量排放带来了严重的水污染现象。印染废水作为工业废水的组成部分是废水治理的主要目标之一。对于这类废水的传统治理方法有物理、化学和生物等手段。但传统的治理方法均存在着成本高，效率低，无法彻底清除污染物等特点。光催化技术作为一种新型手段在降解有机污染物、选择性有机合成、光解水产氢、CO2还原等方面的研究发展迅速，对于解决环境问题和能源枯竭等危机有着深远的意义。1972年Fujishima在《Nature》杂志上发表n型半导体TiO2单晶电极光催化分解水制氢气和氧气，自此开始了多相光催化的新纪元。研究显示，染料、农药等有机污染物均能经光催化降解成为一些简单的有机物或完全矿化成H2O和CO2，而达到降解污染物的目的。但是以TiO2为代表的传统光催化剂存在着许多缺陷，如禁带宽度较大，导致其无可见光响应；光生电子和空穴的复合率高，载流子利用效率低等。解决这些问题的关键仍然集中在新型光催化剂的开发上。层状铋基光催化剂因其独特的结构，较高的电子和空穴转移效率，以及Bi6s轨道能够与O2p轨道杂化使其半导体带隙降低从而具有可见光响应等优势受到学者们的广泛关注。目前已被发展并研究的层状铋基可见光光催化材料包括有Bi2WO6,Bi2MoO6,BiGeO5,BiVO4等，其在光催化方面的应用研究包括甲基橙的降解，光解水产氢产氧以及二氧化碳还原等。钛钨酸铋（Bi6Ti3WO18）也是一种典型的层状铋基化合物，其结构由[Bi2O2]2+萤石层和[Ti0.75W0.25O6]2-钙钛矿层相间组成，材料的光吸收性能显示其具有可见光响应及合适的禁带宽度，基于这些性质，中国专利技术专利ZL201310484045.6展示了Bi6Ti3WO18是一类具有潜在的开发前景的光催化剂。Bi6Ti3WO18的一般制备方法是以氧化铋、二氧化钛和氧化钨作为原料，通过固相合成法在1200度以上进行煅烧合成（T.Kikuchi,etal.,J.Less-CommonMet.,1976,48,319-323），但是这种方法得到的样品一般都含有未反应的前驱体，很难制备出纯相的Bi6Ti3WO18。虽然专利ZL201310484045.6以氧化铋、二氧化钛和氧化钨为反应前驱体，通过预先球磨方式实现了在1000oC或以上煅烧制备得到纯相的Bi6Ti3WO18，但需要指出的是通过这些在1000oC以上的固相反应制备得到的钛钨酸铋存在的颗粒尺寸大、比表面积小、样品表面粗糙、缺陷高等特性从而导致所制备产品的光催化性能差，另外，该方法需要在较高的反应温度下进行，操作要求高，能耗高，造成实际生产过程中成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种钛钨酸铋材料的新型制备方法及其在光催化方面的应用，解决了传统制备方法中存在的煅烧温度高、能耗高、制备得到的样品颗粒尺寸太大、低光催化活性等问题。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种层状的钛钨酸铋光催化剂是以硝酸铋、钛酸四丁酯、六氯化钨为起始物，冰醋酸和乙二醇单甲醚为络合剂，通过酯化络合形成前驱物，再采用热处理过程制得具有光催化活性的Bi6Ti3WO18层状纳米材料，具体包括以下步骤：1）以摩尔比计，硝酸铋：钛酸四丁酯：六氯化钨=6:3:1，称取反应前躯体硝酸铋、钛酸四丁酯、六氯化钨；2）将6-18mmol的硝酸铋溶解在20-60mL冰醋酸中，记为溶液I；3）将3-9mmol的钛酸四丁酯和1-3mmol六氯化钨溶解于20-40mL乙二醇单甲醚中，记为溶液II；4）将溶液I逐滴加入溶液II，搅拌均匀，然后在60-150℃下加热搅拌3-8h，进行酯化反应，最终得到棕色凝胶；5）将步骤（4）棕色凝胶置于马弗炉内在300℃-700℃下煅烧1-8h，得到Bi6Ti3WO18纳米片，即为所述的钛钨酸铋光催化材料。本专利技术的显著优点在于：（1）本专利技术制备条件简单，能耗低，克服了以往钛钨酸铋合成需要的高温的条件和难以获得纯相等问题，实现了在较为温和的条件下合成该材料；（2）通过本专利技术制备得到的样品相较于传统的高温煅烧制备得到的样品颗粒尺寸更小，大比表面积、光生载流子的分离效率更高，从而提高了其光催化活性，是一种优异的光催化剂；（3）通过本专利技术制备得到的催化剂在光催化反应体系中的稳定性和可再生能力强，重复利用率高，具有很高的实用价值和应用前景。附图说明图1为实施例4所得钛钨酸铋光催化剂的X射线粉末衍射图（XRD）。图2为实施例2所得钛钨酸铋光催化剂的扫描电镜图图3为实施例2所得的钛钨酸铋光催化剂和传统固相反应制备得到的钛钨酸铋光催化剂降解罗丹明B的效果对比图。具体实施方式为了使本专利技术所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本专利技术所述的技术方案做进一步的说明，但是本专利技术不仅限于此。实施例1将18mmol硝酸铋溶解于60mL冰醋酸为溶液I，9mmol钛酸四丁酯、3mmol氯化钨溶解于20mL乙二醇单甲醚为溶液II。将I溶液逐滴加入II溶液，充分搅拌均匀，在80℃下加热搅拌3h，最终得到棕色粉末。称取0.2g上述棕色粉末于马弗炉内在300℃下煅烧8h，得到Bi6Ti3WO18纳米片，即为所述的钛钨酸铋光催化材料。实施例2将6mmol硝酸铋溶解于20mL冰醋酸为溶液I，3mmol钛酸四丁酯、1mmol氯化钨溶解于20mL乙二醇单甲醚为溶液II。将I溶液逐滴加入II溶液，充分搅拌均匀，在130℃下加热搅拌3h，最终得到棕色粉末。称取0.2g上述棕色粉末于马弗炉内在600℃下煅烧6h，得到Bi6Ti3WO18纳米片，即为所述的钛钨酸铋光催化材料。实施例3将18mmol硝酸铋溶解于20mL冰醋酸为溶液I，9mmol钛酸四丁酯、3mmol氯化钨溶解于40mL乙二醇单甲醚为溶液II。将I溶液逐滴加入II溶液，充分搅拌均匀，在60℃下加热搅拌5h，最终得到棕色粉末。称取0.2g上述棕色粉末于马弗炉内在400℃下煅烧1h，得到Bi6Ti3WO18纳米片，即为所述的钛钨酸铋光催化材料。实施例4将6mmol硝酸铋溶解于40mL冰醋酸为溶液I，3mmol钛酸四丁酯、1mmol氯化钨溶解于20mL乙二醇单甲醚为溶液II。将I溶液逐滴加入II溶液，充分搅拌均匀，在150℃下加热搅拌8h，最终得到棕色粉末。称取0.2g上述棕色粉末于马弗炉内在700℃下煅烧6h，得到Bi6Ti3WO18纳米片，即为所述的钛钨酸铋光催化材料。图1为实施例4所得钛钨酸铋光催化剂的X射线粉末衍射图，从图1可以看出，制备得到的产品均为纯相的钛钨酸铋（Bi6Ti3WO18）。图2为高温固相法（1000℃）和实施例2所制备得到的钛钨酸铋光催化材料的扫描电镜图的比较。从图中可以看出，高温固相合成得到的钛钨酸铋微晶样品，其为典型的大颗粒样品，尺寸大小在微米级别（图2a）。而利用本专利技术制备的钛钨酸铋材料为纳米片状，并且颗粒尺寸均匀，大小约为200-400nm，厚度约为20nm，形貌规整有序（图2b）。图3为实施例2所制备得到的钛钨酸铋光催化材料和传统固相合成的钛钨酸铋材料降解印染废水中典型污染物罗丹明B的活性对比图。在自制的间歇式反应装置中进行光催化降解有机污染本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛钨酸铋层状光催化材料的制备方法，其特征在于：以硝酸铋、钛酸四丁酯、六氯化钨为起始物，以冰醋酸和乙二醇单甲醚为络合剂，通过酯化络合反应和热处理过程制备得到层状Bi6Ti3WO18纳米片材料。

【技术特征摘要】
1.一种钛钨酸铋层状光催化材料的制备方法，其特征在于：以硝酸铋、钛酸四丁酯、六氯化钨为起始物，以冰醋酸和乙二醇单甲醚为络合剂，通过酯化络合反应和热处理过程制备得到层状Bi6Ti3WO18纳米片材料。2.根据权利要求1所述的钛钨酸铋光催化剂的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：（1）以摩尔比计，硝酸铋：钛酸四丁酯：六氯化钨为6:3:1，来称取反应前驱体硝酸铋、钛酸四丁酯、六氯化钨；（2）将6-18mmol的硝酸铋溶解在20-60mL冰醋酸中，记为溶液I；（3）将3-...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁诗景，陈维航，高伟，祝淑颖，毕进红，吴棱，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35