CN105797760A - 一种Bi2O2CO3-WO3复合光催化剂及其制备方法 - Google Patents

一种Bi2O2CO3-WO3复合光催化剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Bi2O2CO3‑WO3复合光催化剂及其制备方法，属于无机环保光催化材料技术领域。本发明的技术方案要点为：（1）将钨酸钠和氯化钠加入到去离子水中配成混合溶液，用盐酸调节混合溶液的pH值为0.5‑1，转移至水热反应釜并放入微波消解仪中于180℃微波反应10‑30min，冷却、洗涤、干燥得到WO3粉末；（2）配制硝酸铋水溶液并加入尿素和WO3粉体形成混合溶液；（3）在室温的条件下将混合溶液搅拌1h后转移至水热反应釜并放入微波消解仪中于180‑200℃微波反应10‑30min，待反应结束冷却至常温后经离心、洗涤、干燥制得Bi2O2CO3‑WO3复合光催化剂。本发明制得的复合光催化剂有效提高了太阳光的利用率和光催化活性。

Description

一种Bi2O2CO3-WO3复合光催化剂及其制备方法
技术领域
本发明属于无机环保光催化材料技术领域，具体涉及一种Bi2O2CO3-WO3复合光催化剂及其制备方法。
背景技术
近年来，利用半导体材料光催化氧化降解污水中的有机物已经成为一个活跃的研究方向，人们对一些半导体氧化物的光催化性能进行了较为深入的研究。在众多的半导体光催化材料中，Bi2O2CO3光催化剂具有催化活性高、稳定性好、价格便宜和无毒等优良性能，被认为是最具有潜在应用价值的光催化材料。
但Bi2O2CO3禁带宽度为3.4eV，只有在紫外线下才能激发其催化活性。在到达地面的太阳能中，这一波段的能量尚不足5%，而可见光部分的比例却占到太阳能的45%左右。此外，Bi2O2CO3光催化剂在光催化过程中光生电子和空穴容易复合，催化效率低。因此，如何拓宽Bi2O2CO3光催化剂光谱响应范围、提高其光量子效率成为光催化学科研究的重点和难点。研究表明，WO3的禁带宽度为2.77eV，是一种具有可见光响应能力的光催化材料。然而，目前尚没有相关文献关于Bi2O2CO3-WO3复合光催化剂的报道。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种太阳能利用效率率高且光催化活性好的Bi2O2CO3-WO3复合光催化剂。
本发明解决的另一个技术问题是提供了一种操作简单且易于实现的Bi2O2CO3-WO3复合光催化剂的制备方法。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种Bi2O2CO3-WO3复合光催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）将钨酸钠和氯化钠按摩尔比为1:1加入到去离子水中配成钨酸钠与氯化钠的混合溶液，搅拌30min后用盐酸调节混合溶液的pH值为0.5-1，继续搅拌30min后转移至水热反应釜，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180℃微波反应10-30min，待反应结束后经冷却、洗涤、干燥得到WO3粉末；（2）以硝酸铋和去离子水为原料配制硝酸铋水溶液，在搅拌的条件下向硝酸铋水溶液中加入尿素和步骤（1）得到的WO3粉末形成混合溶液，其中所加尿素与硝酸铋的摩尔比为3:1，所加WO3粉末与硝酸铋的摩尔比为0.25-1:1；（3）在室温的条件下将步骤（2）得到的混合溶液搅拌1h后转移至水热反应釜，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180-200℃微波反应10-30min，待反应结束冷却至常温后经离心、洗涤、干燥制得Bi2O2CO3-WO3复合光催化剂。
进一步优选，步骤（1）的混合溶液中钨酸钠的摩尔浓度为0.05-0.2mol/L。
进一步优选，步骤（2）的硝酸铋水溶液中硝酸铋的摩尔浓度为0.5-1mol/L。
本发明所述的Bi2O2CO3-WO3复合光催化剂，是按照上述方法制备得到的。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明为了拓宽Bi2O2CO3的光谱响范围，将其与具有理想带隙的WO3相复合，利用两种半导体之间的能级差能使光生截流子由一种半导体微粒的能级注入到另一种半导体的能级上，从而提高光生电荷的分离效率；
2、Bi2O2CO3光催化剂的导带电势ECB=0.16eV，价带电势EVB=3.56eV，而WO3光催化剂的导带电势ECB=0.41eV，价带电势EVB=3.18eV，在Bi2O2CO3-WO3复合半导体中，Bi2O2CO3的导带电势更负，光生电子容易从能级低的Bi2O2CO3迁移到能级高的WO3导带上，同时WO3的价带电势更正，光生空穴容易从能级高的WO3价带迁移到能级低的Bi2O2CO3价带上，从而提高光生电荷的分离效率，扩展了Bi2O2CO3的光谱响应范围；
3、WO3禁带较窄，能有效拓展Bi2O2CO3-WO3复合光催化剂对可见光的利用率，进而有效提高太阳光的利用率和光催化活性。
附图说明
图1为300W的高压汞灯照射下，本发明实施例2制得的Bi2O2CO3-WO3复合光催化剂和纯Bi2O2CO3光催剂对罗丹明B的降解对比曲线图（操作条件：催化剂的量：0.1g；罗丹明B的质量浓度：5mg/L）。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
（1）将0.005mol的钨酸钠和0.005mol的氯化钠加入到去离子水中定容到100mL形成钨酸钠与氯化钠的混合溶液，搅拌30min后用盐酸调节混合溶液的pH值为0.5，继续搅拌30min后转移至水热反应釜，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180℃微波反应10min，待反应结束后经冷却、洗涤、干燥得到WO3粉末；
（2）配制摩尔浓度为0.5mol/L的硝酸铋水溶液100mL，在搅拌的条件下向硝酸铋水溶液中加入0.15mol尿素和0.05mol步骤（1）得到的WO3粉体形成混合溶液；
（3）在室温的条件下将步骤（2）得到的混合溶液搅拌1h后转移至水热反应釜，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180℃微波反应30min，待反应结束冷却至常温后经离心、洗涤、干燥得到具有高催化活性的Bi2O2CO3-WO3复合光催化剂。
实施例2
（1）将0.01mol的钨酸钠和0.01mol的氯化钠加入到去离子水中定容到100mL形成钨酸钠和氯化钠的混合溶液，搅拌30min后用盐酸调节混合溶液的pH值为0.5，继续搅拌30min后转移至水热反应釜，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180℃微波反应20min，待反应结束后经冷却、洗涤、干燥得到WO3粉末；
（2）配制摩尔浓度为0.75mol/L的硝酸铋水溶液100mL，在搅拌的条件下向硝酸铋水溶液中加入0.225mol尿素和0.0375mol步骤（1）得到的WO3粉体形成混合溶液；
（3）在室温的条件下将步骤（2）得到的混合溶液搅拌1h后转移至水热反应釜，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于190℃微波反应20min，待反应结束冷却至常温后经离心、洗涤、干燥得到具有高催化活性的Bi2O2CO3-WO3复合光催化剂。
图1是300W的高压汞灯照射下，本实施例制得的Bi2O2CO3-WO3复合光催化剂和纯Bi2O2CO3光催剂对罗丹明B的降解对比曲线图，由图可知，在相同的条件下，光照80min后，纯Bi2O2CO3光催化剂对罗丹明B的降解率为82%左右，而Bi2O2CO3-WO3复合光催化剂对罗丹明B的降解率可达到89%左右，表现出明显增强的光催化活性。
实施例3
（1）将0.02mol的钨酸钠和0.02mol的氯化钠加入到去离子水中定容到100mL形成钨酸钠和氯化钠的混合溶液，搅拌30min后用盐酸调节混合溶液的pH值为1，继续搅拌30min后转移至水热反应釜，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180℃微波反应30min，待反应结束后经冷却、洗涤、干燥得到WO3粉末；
（2）配制摩尔浓度为1mol/L的硝酸铋水溶液100mL，在搅拌的条件下向硝酸铋水溶液中加入0.3mol尿素和0.025mol步骤（1）得到的WO3粉体形成混合溶液；
（3）在室温的条件下将步骤（2）得到的混合溶液搅拌1h后转移至水热反应釜，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于200℃微波反应10min，待反应结束冷却至常温后经离心、洗涤、干燥得到具有高催化活性的Bi2O2CO3-WO3复合光催化剂。
以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。

Claims (4)

1.一种Bi2O2CO3-WO3复合光催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）将钨酸钠和氯化钠按摩尔比为1:1加入到去离子水中配成钨酸钠与氯化钠的混合溶液，搅拌30min后用盐酸调节混合溶液的pH值为0.5-1，继续搅拌30min后转移至水热反应釜，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180℃微波反应10-30min，待反应结束后经冷却、洗涤、干燥得到WO3粉末；（2）以硝酸铋和去离子水为原料配制硝酸铋水溶液，在搅拌的条件下向硝酸铋水溶液中加入尿素和步骤（1）得到的WO3粉末形成混合溶液，其中所加尿素与硝酸铋的摩尔比为3:1，所加WO3粉末与硝酸铋的摩尔比为0.25-1:1；（3）在室温的条件下将步骤（2）得到的混合溶液搅拌1h后转移至水热反应釜，然后将水热反应釜放入微波消解仪中于180-200℃微波反应10-30min，待反应结束冷却至常温后经离心、洗涤、干燥制得Bi2O2CO3-WO3复合光催化剂。
2.根据权利要求1所述的Bi2O2CO3-WO3复合光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）的混合溶液中钨酸钠的摩尔浓度为0.05-0.2mol/L。
3. 根据权利要求1所述的Bi2O2CO3-WO3复合光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）的硝酸铋水溶液中硝酸铋的摩尔浓度为0.5-1mol/L。
4. 一种Bi2O2CO3-WO3复合光催化剂，其特征在于是按照权利要求1-3中任意一项所述的方法制备得到的。
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