三氧化钨包覆金刚石的制备方法及其在染料废水光降解中的应用技术

本发明专利技术公开了一种三氧化钨包覆金刚石的制备方法，步骤为：(1)对金刚石进行清洗；(2)将完成清洗的金刚石置于稀硝酸中进行超声处理，然后再在去离子水中进行超声处理，得到活化金刚石；(3)将WCl

【技术实现步骤摘要】
三氧化钨包覆金刚石的制备方法及其在染料废水光降解中的应用
本专利技术涉及一种三氧化钨包覆金刚石的制备方法及其在染料废水光降解中的应用。
技术介绍
随着工业的发展，有机染料作为工业产品的着色剂被广泛应用，随之带来的含有染料的工业废水给环境造成了严重的危害。由于染料中含有毒性和致癌物质，对生物的危害极大，寻求对染料工业废水的有效处理迫不及待。亚甲基蓝，又称美蓝、瑞士蓝，是一种芳香杂环化合物，高浓度时对水生生物具有致死危害。目前对染料的降解常用的方法为类芬顿技术和光催化氧化法，但芬顿技术存在催化剂不能重复利用、产生赤泥等副产物限制了其应用。光催化技术由于反应速度快、降解效率高等优点而具有很大的发展前景。三氧化钨具有很高的光稳定性，且制备高纯度的三氧化钨的工艺较简单，具有较大的光吸收范围，可以有效利用太阳能辐射的可见光，被广泛用于光催化反应中。金刚石具有化学性质稳定，高硬度，耐磨损，高的热传导性等特性，小尺寸效应、大比表面积效应，在不同的化学处理后，金刚石表面可形成多种不同的官能团，这种金刚石晶体具有很高的吸附能力，作为催化载体可以适应各种实验环境，因此在作为载体功能方面具有潜在的应用前景。
技术实现思路
为提供一种新的染料废水的降解催化剂，本申请首先提供一种三氧化钨包覆金刚石的制备方法，其包括如下步骤：(1)对金刚石进行清洗；(2)将完成清洗的金刚石置于稀硝酸中进行超声处理，然后再在去离子水中进行超声处理，得到活化金刚石；(3)将WCl6·6H2O溶解在乙醇中，形成WCl6溶液，然后将活化金刚石投入到WCl6溶液中，进行反应，反应完成后，进行降温，然后过滤，对滤渣进行清洗、干燥后获得三氧化钨包覆金刚石。在对滤渣进行清洗时，首先用乙醇进行清洗，然后再用去离子水进行清洗，干燥后，即得三氧化钨包覆金刚石。三氧化钨是一种过渡金属氧化物，其具有很高的光稳定性，且具有较小的禁带宽度和较大的光吸收范围，可以利用占太阳辐射能量近一半的可见光，其体积效应表面效应量子尺寸效应和宏观量子隧道效应都很显著，能够用于光催化反应中。金刚石作为催化载体，是一类Sp3杂化的非金属碳材料，具有化学性质稳定，高硬度，耐磨损，高的热传导性等特性，尤其是粉末状的金刚石，具有较小的尺寸和较大的比表面积，在不同的化学处理后，金刚石表面可形成多种不同的官能团，这种金刚石晶体具有很高的吸附能力，作为催化载体可以适应各种应用环境。利用本申请所生产的三氧化钨包覆金刚石作为催化剂，对亚甲基蓝的降解率可以达到84％。利用本申请，能够使WO3较均匀的包覆在金刚石表面，且积聚情况较少，WO3在金刚石表面覆盖率达到85％以上。其中在本申请中，反应温度较温和和时间较短，且不会产生有害物质，与现存制备技术相比，反应条件较温和，制备处理过程简单。具体地，金刚石的粒径为10-15μm。在上述粒径范围内，在有效利用金刚石较大的比表面积的同时，进而保证WO3作为催化剂催化中心的最大利用率，达到较优的催化效果，粒径过大或过小不利于对达到高效的催化效用。进一步，步骤(3)中，金刚石与WCl6·6H2O质量比为1.5-2.5:1。进一步优选，金刚石与WCl3·6H2O质量比为2.0:1。在上述比例下，可以使WO3均匀地包裹在金刚石的表面，以充分利用金刚石的表面积。WCl6·6H2O浓度过高时会导致生成的WO3与金刚石反应剧烈而导致金刚石表面侵蚀严重，最终导致包覆失败或出现积聚现象，浓度过低会导致包覆率低。WO3的聚集会导致其与废水之间的接触面积减少，降低催化效果。具体地，为保证反应的充分进行，且使WCl6完全转化为WO3，步骤(3)中，反应温度为175-185℃，反应时间为18-22h。反应时间过长和反应温度过高，会使WO3纳米粒子生成的尺寸更大或出现积聚等，降低WO3与废水的接触面积，使催化效果降低，在该温度和时间下，有助于WO3达到较优的包覆效果，充分利用金刚石的比表面积，进一步提高WO3的催化效果。进一步，步骤(3)中，降温速度为1℃/min，且每降温60℃时，保持温度0.5h。均匀降温有助于WO3在金刚石表面均匀包覆，使包覆层处于一定厚度，保证了包覆的均匀性和包覆层厚度。在降温阶段，溶液中的WO3逐渐结晶出来，形成小的WO3晶体，在保温阶段，这些析出的WO3晶体与溶液中的WO3进行交换，在金刚石表面基团的吸引下，WO3逐渐沉降到金刚石未被覆盖的表面，提高对金刚石的覆盖率，以充分利用金刚石的表面。具体地，为保证金刚石的清洗干净，步骤(1)中，在对金刚石进行清洗时，首先将金刚石置于稀盐酸中进行超声处理，然后将金刚石分别在乙醇和去离子水中进行超声处理，最后用去离子水洗涤并烘干。使用稀盐酸进行超声处理，可以有效清除金刚石表面的杂质，得到洁净的金刚石载体。具体地，稀盐酸的浓度为1.2-1.5mol/L，稀硝酸的浓度为1.2-1.5mol/L。稀盐酸在上述浓度范围内，可以对金刚石表面达到较好的去污效果。稀硝酸在上述浓度范围内，能够对金刚石进行充分活化，同时可以减少酸性废液的产生量。金刚石表面去污化和活化处理，能够为进一步提高WO3与金刚石的有效接触几率，使WO3能够在金刚石表面稳定地生长，提高WO3在金刚石表面的包覆率。具体地，为使三氧化钨均匀地包覆在金刚石表面，且不出现堆积现象，三氧化钨包覆金刚石中，WO3的含量为16-18wt％。其次，本申请还公开了采用任一项上述的制备方法制作所制作的三氧化钨包覆金刚石在染料废水光降解中的应用。在具体应用时，三氧化钨包覆金刚石在染料废水中的浓度为2.4-2.6g/L。附图说明图1为实施例a所制备的包覆WO3的金刚石样品的SEM图。图2为对比例a所制备的包覆WO3的金刚石样品的SEM图。图3为对比例b所制备的包覆WO3的金刚石样品的SEM图。图4为对比例c所制备的包覆WO3的金刚石样品的SEM图。图5为对比例d所制备的包覆WO3的金刚石样品的SEM图。图6为实施例a所制备的样品的XRD图谱数据，可以看出该样品含有两个相：金刚石相和WO3相。图7是实施例1所获得的UV-Vis光谱变化图。图8是实施例2所获得的UV-Vis光谱变化图。图9是实施例3所获得的UV-Vis光谱变化图。图10是对比例1所获得的UV-Vis光谱变化图。图11是对比例2所获得的UV-Vis光谱变化图。图12是实施例1、对比例1、对比例2不同时间下降解率随时间变化的数据图。具体实施方式金刚石的处理：首先将金刚石样品在1.4mol/L的盐酸中进行超声，然后乙醇洗后，在乙醇中超声30min，之后在去离子水中超声30min后，烘干得到去污化的金刚石样品。然后，再将金刚石在1.4mol/L的稀硝酸中进行超声后用水洗至中性，再在去离子水中超声30min，干燥后，得到活化金刚石。在以下实施例a和对比例a-d中，所采用的金刚石均为该活化金刚石本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.三氧化钨包覆金刚石的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)对金刚石进行清洗；/n(2)将完成清洗的金刚石置于稀硝酸中进行超声处理，然后再在去离子水中进行超声处理，得到活化金刚石；/n(3)将WCl

【技术特征摘要】
1.三氧化钨包覆金刚石的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)对金刚石进行清洗；
(2)将完成清洗的金刚石置于稀硝酸中进行超声处理，然后再在去离子水中进行超声处理，得到活化金刚石；
(3)将WCl6·6H2O溶解在乙醇中，形成WCl6溶液，然后将活化金刚石投入到WCl6溶液中，进行反应，反应完成后，进行降温，然后过滤，对滤渣进行清洗、干燥后获得三氧化钨包覆金刚石。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
金刚石的粒径为10-15μm。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
步骤(3)中，金刚石与WCl6·6H2O质量比为1.5-2.5:1。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
步骤(3)中，反应温度为175-185℃，反应时间为18-22h。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，<...

【专利技术属性】
技术研发人员：于振涛，郭文秀，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32