一种原位制备Bi@Bi2WO6复合催化剂的制备方法
本发明涉及半导体光催化领域，尤其涉及一种原位合成bi@bi2wo6复合催化剂的制备方法。
背景技术：
1、社会的发展在给人们的生活带来便利的同时也对生态环境造成了损害，工业废水、废气、废渣等污染物大量排放进入环境中，这些污染物大部分难以自然降解，广泛存在于水、大气和土壤环境中，造成了严重的生态环境污染和破坏。半导体光催化因其高效、低成本、易于使用和环境友好而已被证明是消除难降解污染物的最可行的技术之一。与传统净化污染物的物理、化学以及生物降解法相比，基于多种半导体催化剂（tio2、zno、g-c3n4等）的光催化降解方法能够灵活处理多种污染物，且具有环境友好性和良好的稳定性，可回收无害化再利用，已广泛应用于多种污染物的处理。
2、我国铋系资源储量占世界首位，对bi系光催化剂的开发利用在我国具有更大的实际应用价值，bi2wo6带隙约为2.7-2.9 ev，其自身具有独特的物理化学性能如压电效应、催化性能和非线性介电敏感性等，因此bi2wo6光催化剂成为光催化领域的研究热点。但单纯的bi2wo6还是存在光生电子-空穴易复合的缺点，而且虽然bi2wo6能够在可见光的照射下激发光生电子，但依旧有待提高。而且bi2wo6在自然光的照射下对模拟污染物的降解速率慢，降解效率低。发明专利（cn114522678a）公开了一种低温控制不同形貌bi2wo6光催化剂的制备方法，该发明专利制备出的bi2wo6降解效率低，光催化效果差。发明专利（cn202310312324）公开了一种纳米金负载多孔bi2wo6光催化材料的制备方法，通过控制实验药品的种类和比例，得到了纳米金负载多孔bi2wo6光催化材料，该发明专利用到的实验药品成本高昂，制备工艺繁琐而且光催化效果差，在紫外光条件下进行催化。上述发明制备工艺繁琐，成本高且得到的bi2wo6光催化剂光催化活性低，不具有实际使用意义。鉴于以上问题，我们提出了一种原位制备bi@bi2wo6复合光催化剂的制备方法，成本低廉，制得的催化剂光响应范围大，光催化性能好，便于实际推广应用。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是提供一种原位合成bi@bi2wo6复合光催化剂的制备方法，使用两步水热法在bi2wo6表面原位还原出bi单质制备bi@bi2wo6复合光催化剂，并通过控制水热反应温度调控bi颗粒大小，使bi@bi2wo6复合光催化剂具有不同的光催化性能。
2、实现本发明上述目的所采取的技术方案为，具体工艺方案步骤如下。
3、（1）bi2wo6光催化剂前驱体悬浮液的配制：用电子天平称取1 mmol的钨酸钠溶解在10 ml的纯水中形成a溶液，称取2 mmol的硝酸铋溶解在20 ml的冰醋酸中形成b溶液，分别搅拌均匀后将a溶液加入b溶液，混合溶液浓度为0.03 mol/l，随后将混合溶液放置在磁力搅拌器中剧烈搅拌20 min，得到bi2wo6前驱体悬浮液。
4、（2）一次溶剂热反应：将悬浮液转移到聚四氟乙烯内衬中并用不锈钢反应釜封闭，并将装有溶液的反应釜放置到预设温度为200 ℃的烘箱内保温20 h；待保温结束反应釜冷却到室温后，将反应液过滤，并对沉淀物分别用乙醇和纯水洗涤3次，完全去除残余溶剂后将沉淀物放入60 ℃烘箱内干燥2 h。
5、（3）将干燥后的颗粒研磨，得到未经改性的bi2wo6光催化剂粉末。
6、（4）用电子天平称取0.003 mol的酒石酸溶解于30 ml的纯水中形成0.1 mol/l的有机酸（酒石酸、草酸、柠檬酸）溶液，称取表面活性剂（十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠）溶解于有机酸溶液中，称取0.2 g未经改性的bi2wo6光催化剂粉末分散于溶液中，超声5 min，随后将溶液放置在磁力搅拌器中剧烈搅拌20 min，得到分散均匀的悬浊液。
7、二次溶剂热反应：将悬浊液转移到聚四氟乙烯内衬中并用不锈钢反应釜封闭，并将装有溶液的反应釜放置到烘箱内以不同温度保温20 h；待保温结束反应釜冷却到室温后，将反应液过滤，并对沉淀物分别用乙醇和纯水洗涤3次，完全去除残余溶剂后将沉淀物放入60 ℃烘箱内干燥2 h。
8、（6）将干燥后的颗粒研磨，得到不同bi颗粒大小的原位还原bi的bi2wo6复合光催化剂粉末。
9、本发明的效益是，采用简单的方法，通过控制水热反应温度来获得不同bi颗粒大小的原位还原bi的bi2wo6复合光催化剂。制得的原位还原bi的bi2wo6复合光催化剂光催化活性较高，光催化效果强，在可见光照射下对模拟的有机污染物rhb具有良好的降解能力，在污水处理方面有广阔的应用前景。
技术特征：
1.一种原位合成bi@bi2wo6复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述原位合成bi@bi2wo6复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中钨酸钠与硝酸铋的摩尔比例为1:2。
3.根据权利要求1所述原位合成bi@bi2wo6复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）所得钨酸铋前驱体悬浮液的浓度为0.03 mol/l。
4.根据权利要求1所述原位合成bi@bi2wo6复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中溶剂热的反应温度为200 ℃,保温时间为20 h。
5.根据权利要求1所述原位合成bi@bi2wo6复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中有机酸是酒石酸、柠檬酸或草酸中的一种或其组合。
6.根据权利要求1所述原位合成bi@bi2wo6复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中有机酸溶液的浓度为0.1~0.4 mol/l。
7.根据权利要求1所述原位合成bi@bi2wo6复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中表面活性剂是十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠或聚乙烯砒咯烷酮中的一种或其组合。
8.根据权利要求1所述原位合成bi@bi2wo6复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中表面活性剂添加量为0~0.04 g。
9.根据权利要求1所述原位合成bi@bi2wo6复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中表面活性剂与未经改性的bi2wo6光催化剂粉末的添加质量比为0~4:20。
技术总结
本发明公开了一种低温控制不同钨酸铋(Bi<subgt;2</subgt;WO<subgt;6</subgt;)光催化剂形貌的制备方法。首先制备出分散均匀的Bi<subgt;2</subgt;WO<subgt;6</subgt;前驱体悬浮液，随后经过一次溶剂热反应得到未经改性的Bi<subgt;2</subgt;WO<subgt;6</subgt;粉末，然后配置分散悬浮液后经过二次溶剂热反应得到Bi颗粒直径不同的原位还原Bi的Bi<subgt;2</subgt;WO<subgt;6</subgt;复合光催化剂，所得材料光催化活性较高，光催化效果强，在可见光照射下对模拟的有机污染物RhB具有良好的降解能力，在污水处理方面有广阔的应用前景。
技术研发人员：郑广伟,姜树康,邢雪敏,于洪文,张丰庆
受保护的技术使用者：山东建筑大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23