CN103949242B

CN103949242B - 钨酸铋（Bi2WO6)片状纳米材料的制备方法

Info

Publication number: CN103949242B
Application number: CN201410122390.XA
Authority: CN
Inventors: 吴庆生; 秦宇航
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2034-03-28
Also published as: CN103949242A

Abstract

本发明涉及一种具有高效可见光催化剂的钨酸铋（Bi₂WO₆）片状纳米材料的制备方法。传统钨酸铋纳米材料为片状集聚堆叠成球星纳米颗粒，而本发明采用一步水热法，通过调控溶剂比例制备的钨酸铋纳米材料，该材料为分散的纳米片。制备得到的纳米片厚度均匀，分散性好。片状结构使材料光催化活性晶面最大限度得暴露，具有极高的可见光催化活性。同时此材料还具备选择性，对不同有机染料的吸附，降解具有较大的差异。此片状纳米材料制备方法简单，成本低廉，在污水处理领域有着广阔的应用前景。

Description

钨酸铋（Bi2WO6)片状纳米材料的制备方法

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及一种钨酸铋（Bi₂WO₆）片状纳米材料的制备方法。

背景技术

从1972年Fujishima和Hongda在《Nature》上发表关于TiO2光解水以来，半导体光催化剂便作为一种新的催化材料被广泛得进行研究。1999年Kudo等首次报道了钨酸铋在波长大于420nm的可见光辐射下具有光催化活性，其禁带宽度(约2.7eV),可被可见光激发并在可见光下具有较高的催化活性。正是因为这样的特性，钨酸铋被作为一种新型的光催化材料引起了越来越多的关注。

在可见光响应下钨酸铋（Bi₂WO₆）能够有效地降解有机染料废水，因此,钨酸铋在降解有机污染物，污水治理领域具有非常重要的实用价值。

传统的钨酸盐光催化剂通常是用高温煅烧方法制备，这一过程不仅消耗了大量的能源，而且制备出的样品颗粒尺寸大，催化剂的比表面积大大降低，虽可实现可见光响应，但光催化效率并不理想。广泛采用的水热法虽然解决了高能耗与过低的比较面积等问题，但是合成出的钨酸铋纳米颗粒大多为聚集、堆叠的形态，无法使材料光催化活性晶面最大限度得暴露。无法使钨酸铋纳米材料的光催化性能得到最大的展现。

发明内容

本发明目的在于克服以上最接近现有技术的不足，公开一种单分散的钨酸铋（Bi₂WO₆）纳米片状材料的制备方法，该方法只采用一步水热法合成，十分简单，成本低廉，对设备的要求不高；本发明的纳米片状结构材料相比以往的聚集、堆叠型的材料有着更为高效的光催化活性，同时，对不同染料的吸附和降解还具有较高选择性。

给出的技术方案是：

一种钨酸铋（Bi₂WO₆）片状纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照Na₂WO₄2H₂O与Bi(NO₃)₃5H₂O的物质的量比为1：2进行取样，将Na₂WO₄2H₂O与Bi(NO₃)₃5H₂O各自分别溶解于去离子水和异辛醇中，去离子水与异辛醇体积比为1：4，分别进行一定时间的磁力搅拌，将所得两种溶液混合后再进行一定时间的磁力搅拌。将此溶液至于聚四氟乙烯反应釜中，在一定温度下进行一段时间的水热反应。将制备出的物质经过多次洗涤，超声，离心，烘干操作，制得Bi₂WO₆片状纳米材料。

传统钨酸铋纳米材料为片状集聚堆叠成球型纳米颗粒，与之相比，本发明采用一步水热法，通过调控溶剂比例制备的钨酸铋纳米材料，该材料为分散的纳米片。。本发明制备得到的纳米片厚度均匀，分散性好。片状结构使材料光催化活性晶面最大限度得暴露，具有极高的可见光催化活性。同时此材料还具备选择性，对不同有机染料的吸附，降解具有较大的差异。此片状纳米材料制备方法简单，成本低廉，在污水处理领域有着广阔的应用前景。

具体说，本发明技术方案体现的优点在于：

1、本发明所用药品均从市场购买得到，制备方法简单,对设备及实验条件无过高的要求、易于操作。

2、本发明制备的材料为纳米片状材料，拥有极大的比表面积，同时最大限度得将材料光催化活性晶面暴露，从而大幅提高了其光催化活性。

3、本发明制备的产物在具有高效的光催化性能的同时，还具备对不同染料的选择性吸附与选择性降解。作为一种新型的光催化材料，在污水治理领域有着广阔的应用前景。

附图说明

图1是钨酸铋（Bi₂WO₆）纳米片的SEM照片。

图2是钨酸铋（Bi₂WO₆）纳米片的局部放大SEM照片。

图3是钨酸铋（Bi₂WO₆）纳米片的XRD图谱。

图4是钨酸铋（Bi₂WO₆）纳米片的TEM照片。

图5是钨酸铋（Bi₂WO₆）催化降解罗丹明B不同时间段的照片。

图6是钨酸铋（Bi₂WO₆）催化降解亚甲基蓝不同时间段的照片。

图7是钨酸铋（Bi₂WO₆）催化降解甲基橙不同时间段的照片。

图8是钨酸铋（Bi₂WO₆）催化降解三种染料的降解效率折线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例中参与反应体系的所有原料均为市售，Na₂WO₄2H₂O、Bi(NO₃)₃5H₂O、异辛醇均购于中国医药集团上海化学试剂公司，以上的化学试剂均为分析纯，未经纯化直接使用的。

第一步钨酸铋（Bi₂WO₆）纳米片的制备与表征

1.1分别取8ml去离子水和32ml异辛醇至锥形瓶，在其中分别加入164.9毫克的Na₂WO₄2H₂O与485.1毫克的Bi(NO₃)₃5H₂O，在室温条件下磁力搅拌1h，转速为150rpm。至固体充分溶解至均匀，得到澄清溶液；

1.2将这两份澄清溶液混合，得到悬浊溶液，在室温条件下磁力搅拌1h，转速为150rpm；

1.3将此溶液转入50mL聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在电热烘箱中加热升温至180℃，保温20h后自然冷却至室温；

1.4将釜内溶液取出后，抽掉上层清液，将底部固体样品分别用去离子水和乙醇，各超声洗涤两次，后将固体样品离心沉淀。然后将固体样品放置于60℃的真空干燥箱中，烘干4-8小时，得到灰色粉末；

1.5取少量灰色样品粉末粘在导电胶上，喷金观察形貌,由场发射扫描电子显微镜(HitachiS-4800),放大倍数2万5000倍（图1）条件下可以看出，制备出的钨酸铋样品程片状零散堆叠，分散性较好。调整放大倍率为8万倍，可观察到单个纳米片的结构（图2），纳米片表面光滑，厚度大体一致，约为50nm。

1.6将样品粉末压实，至于BrukerD8X射线衍射仪中，进行测试，得到X射线衍射图谱（图3），可以从衍射峰形看出样品结晶度良好。

1.7取微量粉末样品，超声分散于少量乙醇中，取50微升左右的溶液滴于铜网上，在室温下让乙醇自然挥发。然后用高分辨投射显微镜（TEM,JEM-2100,JEOL）观察样品。图4中，a为投射电镜下观测到的单一片状样品。图4中，b为高分辨样品照片，可以看出其晶格参数为0.315nm，这与正交晶系的（113）晶面一致。

第二步模拟可见光降解实验

2.1将钨酸铋纳米片样品置于60℃加热30分钟，使样品拥有最佳的催化性能。

2.2配置20mg/mL的罗丹明-B溶液，取其中30mL置于光催化仪器专用玻璃管中。

2.3在玻璃管中加入30mg钨酸铋纳米片样品，然后置于光催化仪器中（胥江电机厂），使用300W的中压氙灯，并用滤波片去除紫外光，以此来模拟可见光催化条件。

2.4在进行光催化反应之前，先在暗环境中对玻璃管中的溶液进行1小时的磁力搅拌，然后取样。将取出的溶液离心，保留上层染料溶液。

2.5将氙灯通电，进行光催化降解，每隔1小时取样一次，共四次，然后按照2.4中方法进行处理。

2.6图5为钨酸铋纳米片样品催化罗丹明-B（RhB）溶液降解，不同时间段的染料溶液，可以看出，染料已经近乎被降解完全。

2.7图6与图7，是在与上述相同实验条件下，钨酸铋纳米片样品催化降解亚甲基蓝（MB）与甲基橙（MO）溶液，不同时间段提取的染料溶液。

2.8从图5-7中可以看出，本发明中所合成的钨酸铋纳米片具有高效的有机染料吸附效果与可见光下的光催化降解效果。

2.9同时对比三幅图可以看出，钨酸铋纳米片对于不同的有机染料，其吸附性能与光催化降解性能有着较大的差异。具体表现为，对亚甲基蓝（MB）的吸附能力最佳，对罗丹明-B（RhB）的光催化降解效果最佳，对甲基橙（MO）无明显吸附和降解效果。

2.10图8是对图5-7中的染料溶液进行紫外可见测试（BWS003,Newark,D），制成的降解率-时间折线图，可以更为直观展示本发明中钨酸铋纳米片优异的选择性吸附催化性能。

Claims

1.一种钨酸铋（Bi₂WO₆）片状纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

按照Na₂WO₄2H₂O与Bi(NO₃)₃5H₂O的物质的量比为1：2进行取样，将Na₂WO₄2H₂O与Bi(NO₃)₃5H₂O各自分别溶解于去离子水和异辛醇中，去离子水与异辛醇体积比为1：4，分别进行一定时间的磁力搅拌，将所得两种溶液混合后再进行一定时间的磁力搅拌；

将此溶液置于聚四氟乙烯反应釜中，在一定温度下进行一段时间的水热反应；

将制备出的物质经过常规的洗涤，超声，离心，烘干，制得Bi₂WO₆片状纳米材料。