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一种光催化剂的制备方法与流程

发表时间: 2023-09-27 作者: 小九直播app下载安装

  光催化剂是指在光子的激发下能起到催化作用的化学物质的统称,主要使用在于环境净化、自清洁材料、先进新能源、癌症医疗、高效率抗菌等多个前沿领域。

  染料污染物由于纺织工业的大量生产而不可避免地释放到水生环境中,这对人体健康是有害的。染料是重要的有机污染物,它们作为ECO中的废水释放,是水生生物中审美污染、富营养化和扰动的重要来源。大多数染料都具有抗生物降解和直接光解的能力,许多含氮染料(如罗丹明b(rhb))会经历自然还原性厌氧降解,由此产生潜在的致癌芳香胺,而生物氧化和物理化学处理通常不能有效地去除染料。因此,针对rhb降解进行了广泛的研究。rhb的光催化降解被认为是解决这一危机的更有前景的策略之一,例如tio2,bi2wo6和ag3po4。然而,这些半导体光催化剂显示出不令人满意的光活性。

  为了解决现存技术的问题,本发明实施例提供了一种光催化剂的制备方法。所描述的方法包括:步骤(1):制备wo3-bi2wo6;步骤(2):通过所述wo3-bi2wo6制备ag3po4-wo3-bi2wo6。

  进一步地,所述步骤(1)包括:将bi(no3)3·5h2o溶解在11ml4mol/lhno3溶液中,在40℃下搅拌10分钟,得到混合溶液;在所述混合溶液中逐滴添加na2wo4·2h2o,滴加完成后,在40℃下搅拌24小时,然后转移到60毫升特氟龙衬里高压釜中,在160℃下保持20小时,冷却至室温,收集沉淀物;将所述沉淀物用蒸馏水和乙醇洗涤多次,在60℃下干燥,得到所述wo3-bi2wo6。

  进一步地,所述步骤(2)包括:将所述wo3-bi2wo6分散在60ml蒸馏水中搅拌20min,然后加入agno3,并搅拌30分钟,得到悬浮液;将na3po4溶解在30ml的蒸馏水中,并搅拌30min,得到混合液;通过酸滴定管将所述混合液滴加到所述悬浮液中,在80℃的水浴中加热4h,收集固体;将所述固体用蒸馏水和乙醇洗涤多次,然后在线wo6。

  本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:本发明中bi2wo6的cb中积累的电子表现出很高的还原能力,可还原o2以生成·o2-,wo3的vb中的空穴显示出高氧化能力,可氧化h2o生成大量的活性·oh自由基,ag3po4充当wo3和bi2wo6之间的电荷传输桥,ag3po4和wo3-bi2wo6之间异质结结构的形成有效地促进了z轴机制下电子-空穴对的分离,增强了光催化性能和稳定性。

  为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例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发明的一些实施例,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。

  为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

  除非另有定义,本发明所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例目的,不是旨在于限定本发明。

  需要说明的是:近年来,bi2wo6,bivo4,bi2mo6等bi基半导体材料因其相对较窄的间隙,无毒,化学惰性,稳定性和用于废水处理的阳光利用率而引起了光催化应用的广泛关注。在bi基半导体材料中,bi2wo6作为一种典型的金刚砂氧化物,因其独特的层状结构特征和相对较高的可见光催化活性而被视为理想的光催化剂材料之一。然而,单组分半导体光催化剂bi2wo6的光催化活性受到光致电子-空穴对的高复合率和可见光(小于450nm)的低吸收能力的限制。在所有的半导体氧化物中,bi2wo6是一种n型半导体,其直接带隙为2.75ev,具有合适的能带边缘(ecb=-1.02,evb=1.73ev),与wo3(ecb=0.74ev,evb=3.44ev)匹配良好,形成异质结光催化剂。由于bi2wo6的负导带(cb)水平更高,因此可以在可见光下将电子从bi2wo6的cb注入wo3的cb。在可见光照射下,空穴可以从wo3的vb注入bi2wo6的cb。

  一种光催化剂的制备方法,结合图2对上述图1所示的一种光催化剂的制备方法进行详细论述,参见图2,该方法有以下步骤:

  步骤(101):将bi(no3)3·5h2o溶解在11ml4mol/lhno3溶液中,在40℃下搅拌10分钟,得到混合溶液;在混合溶液中逐滴添加na2wo4·2h2o,滴加完成后,在40℃下搅拌24小时,然后转移到60毫升特氟龙衬里高压釜中,在160℃下保持20小时,冷却至室温,收集沉淀物;将沉淀物用蒸馏水和乙醇洗涤多次,在60℃下干燥,得到wo3-bi2wo6。

  步骤(102):将wo3-bi2wo6分散在60ml蒸馏水中搅拌20min,然后加入agno3,并搅拌30分钟,得到悬浮液;将na3po4溶解在30ml的蒸馏水中,并搅拌30min,得到混合液;通过酸滴定管将混合液滴加到悬浮液中,在80℃的水浴中加热4h,收集固体;将固体用蒸馏水和乙醇洗涤多次,然后在线。

  需要说明的是,ag3po4半导体是一种活性可见光驱动的光催化剂,可用于染料分解和水分解产生的氧气。ag3po4具有体心立方结构。在可见光下,ag3po4在极短的时间内急剧降解了染料污染物。ag3po4由于其优异的电子结构特性而具有非常出色的光催化活性,ag3po4在可见光下水的光氧化和有机染料分解中表现出极高的能力,并且在大于420nm的波长下,量子效率高达90%。同时,ag3po4具有合适的能带边缘(ecb=0.13ev,evb=2.65ev),与wo3和bi2wo6很好地匹配。wo3的cb可以同时与ag3po4的vb上的光致空穴复合,以此来实现双z型体系,从而加速了电子-空穴的转移和分离,提高光催化活性。

  需要说明的是,实验人员通过x射线衍射(xrd),紫外可见漫反射光谱(drs)和光电化学方法对制备的ag3po4-wo3-bi2wo6进行了表征,并对rhb(若丹明b)的降解进行了评估,以下就是实验结果:

  另外,以rhb的光催化降解为模型系统评价ag3po4-wo3-bi2wo6异质结光催化剂的光催化性能。在配备有磁力搅拌器和夹套冷却器的光化学反应器中进行光催化降解,以保持恒定温度(25±2℃)。配备了紫外线nm的可见光。在典型的光催化测量中,将样品通过超声处理5分钟后添加到rhb水溶液中。为了达到吸附-解吸平衡,将悬浮液在黑暗中在光照射之前搅拌30分钟。然后,以给定的时间间隔取出5ml悬浮液,并通过离心分离。在确定的时间间隔,使用紫外可见分光光度计分析悬浮液中rhb的浓度,并根据rhb的减少量计算出样品的光催化活性。

  图7中a是rhb在ag3po4-wo3-bi2wo6(0.3∶0.2∶1)异质结上随辐照时间的吸收光谱;随着照射时间的增加,rhb在可见光区域的吸收显着降低。同时,反应悬浮液的颜色在100分钟后从红色逐渐变为浅粉红色,并逐渐消失为无色。图7中b示出了样品上rhb浓度(c/co%)随照射时间的变化。图7b中的a-f分别为在可见光照射下bi2wo6、wo3-bi2wo6、ag3po4-wo3-bi2wo6(0.1∶0.2∶1)、ag3po4-wo3-bi2wo6(0.3∶0.2∶1)、ag3po4-wo3-bi2wo6(0.5∶0.2∶1)和无催化剂rhb的降解率。rhb分子很稳定,在没有催化剂的情况下就没有分解,这排除了本系统中光解的可能性。对于bi2wo6和wo3-bi2wo6,它也显示出较差的活性,在辐照100分钟后,约47%~72%的rhb分解。与bi2wo6和wo3-bi2wo6相比,ag3po4和wo3-bi2wo6组合后,异质结对rhb降解的光催化活性得到了显着提高。光催化活性首先从ag3po4-wo3-bi2wo6(0.1∶0.2∶1)增加到ag3po4-wo3-bi2wo6(0.3∶0.2∶1),然后随着ag3po4含量的增加而逐渐降低。该结果证明,异质结中过多的ag3po4会在ag3po4和wo3-bi2wo6之间产生不合适的比例,以此来降低异质结的光催化活性。在ag3po4-wo3-bi2wo6(0.3∶0.2∶1)异质结上获得了最高的活性,在100分钟的可见光照射下,rhb的降解活性达到91%。

  值得说明的是,本发明中bi2wo6的cb中积累的电子表现出很高的还原能力,可还原o2以生成·o2-,wo3的vb中的空穴显示出高氧化能力,可氧化h2o生成大量的活性·oh自由基,ag3po4充当wo3和bi2wo6之间的电荷传输桥,ag3po4和wo3-bi2wo6之间异质结结构的形成有效地促进了z轴机制下电子-空穴对的分离,增强了光催化性能和稳定性。

  以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围以内。