CN109999792A - 一种多孔ZnWO4/WO3纳米管光催化剂及简单可控的制备方法 - Google Patents

一种多孔ZnWO4/WO3纳米管光催化剂及简单可控的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多孔ZnWO4/WO3纳米管光催化剂及简单可控的制备方法,具体是将偏钨酸铵与乙酸锌溶液加入到PVP的DMF溶液中进行搅拌处理,使其混合均匀制备电纺溶胶,使其电纺得到ZnWO4/WO3凝胶纤维,在进行煅烧得到多孔ZnWO4/WO3纳米管,然后通过调控固含量的变化得到的不同形貌的ZnWO4/WO3纳米管。本发明的特点是在生产过程中采用一步法混合静电纺丝方法即可制备得到多空ZnWO4/WO3纳米管;同时制备得到的异质结构,相对单纯纳米纤维增加了其比表面积,使其具有更多的活性位点,增加了电子的传输,并且制备的纳米管具有良好的光催化性能。

Description

一种多孔ZnWO4/WO3纳米管光催化剂及简单可控的制备方法
技术领域
本发明属于光催化技术领域,具体为多孔纳米管材料的制备方法。
背景技术
随着工业经济的不断发展,人们生活环境日益恶化,水污染问题越来越引起人们的关注。当前处理水污染的方法多种多样,其中半导体光催化剂以低成本、高成效等优点逐渐成为该领域的研究热点。自1972年Fujishima和Honda(Nature 1972, 238, 37-8)使用TiO2做电极将水电解成H2和O2以来,TiO2作为最常用的光催化材料,便由于其无毒性、低成本以及高稳定性等特点引起了广泛报道。但是,由于TiO2的带隙较宽(~3.2 ev),只能被紫外光照射,太阳光利用率不足5%,限制了它在光催化领域的应用范围。因此,为了更有效地利用太阳能,开发高效、可持续稳定的可见光催化剂是非常关键的。其中,WO3作为一种典型的n型半导体,由于其带隙较小(2.8 eV左右),能更有效地吸收可见光,被认为是一种理想的光催化剂。目前已有多个课题组展开了关于WO3光催化剂的研究。通过构建异质结构光催化剂来提高光催化活性已被证明是一种有效的方法。此外,多孔纳米管具有较大的比较面积,有利于更好的降解有机污染物,故能够增加提高三氧化钨的光催化性能。
发明内容
本发明目的是利用构建多孔的ZnWO4/WO3异质结构来提高WO3的光催化性能,并且孔隙度简单可控。
为实现本发明的目的,提供以下技术方案:
一种多孔ZnWO4/WO3纳米管光催化剂及简单可控的制备方法,包括步骤如下:
(1)将偏钨酸铵溶于水,制得偏钨酸铵质量浓度为30~40%的溶液A;
(2)将乙酸锌溶于A,制得乙酸锌质量浓度为30~40%的溶液B;
(3)将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于N,N-二甲基甲酰胺,制得质量浓度为10~20% PVP溶液C;
(4)将溶液A,溶液B和溶液C混合,在搅拌条件下,溶液溶解均匀,得到溶液D;
(5)将制得的溶液D加入到注射器针管中,进行静电纺丝;
(6)将静电纺丝得到的纤维膜进行高温煅烧,得到纳米管光催化剂。
根据本发明,优选的,步骤(1)中,偏钨酸铵的质量浓度为32%。
根据本发明,优选的,步骤(2)中,乙酸锌的质量浓度为31%。
根据本发明,优选的,步骤(3)中,PVP质量浓度为10%。
根据本发明,优选的,步骤(5)中,电纺溶液的推进速度为2.26 mL/h,电压为20 kV。
根据本发明,优选的,步骤(6)中,煅烧的温度为550 °C,煅烧速率为1 °C/min,保温时间为60 min。
本发明是采用构建异质结构目的是对三氧化钨光催化剂的进行修饰,使其构建异质结界面。使其制备的多孔异质结构纳米管进一步增大了材料的比表面积,增强了光照穿透能力,进一步提高了光催化活性。利用界面之间的电子传输,提供了电子储存平台,大大降低了光生电子空穴的复合率,提高了材料的光催化能力。
具体实施方式
以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
实施例1:
(1)将0.9 g偏钨酸铵溶于3~5 mL水,制得偏钨酸铵质量浓度为30~40%的溶液A;
(2)将0.5 g偏钨酸铵溶于溶液A,制得乙酸锌质量浓度为30~40%的溶液B;
(3)将0.8 g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于8~10 mL N,N-二甲基甲酰胺,制得质量浓度为10~30 % PVP溶液B;
(4)将溶液A,溶液B和溶液C混合,在搅拌条件下,溶液溶解均匀,得到溶液D;
(5)将制得的溶液D加入到注射器针管中,进行静电纺丝;
(6)将静电纺丝得到的纤维膜进行550 °C高温煅烧,得到纳米管;
实施例2:
(1)将0.45 g偏钨酸铵溶于3~5 mL水,制得偏钨酸铵质量浓度为15~20%的溶液A;
(2)将0.25 g偏钨酸铵溶于溶液A,制得乙酸锌质量浓度为15~20%的溶液B;
(3)将0.8 g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于8~10 mL N,N-二甲基甲酰胺,制得质量浓度为10~30% PVP溶液B;
(4)将溶液A,溶液B和溶液C混合,在搅拌条件下,溶液溶解均匀,得到溶液D;
(5)将制得的溶液D加入到注射器针管中,进行静电纺丝;
(6)将静电纺丝得到的纤维膜进行550 °C高温煅烧,得到纳米管;
实施例3:
(1)将1.8 g偏钨酸铵溶于3~5 mL水,制得偏钨酸铵质量浓度为40~50%的溶液A;
(2)将1.0 g偏钨酸铵溶于溶液A,制得乙酸锌质量浓度为40~50%的溶液B;
(3)将0.8 g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于8~10 mL N,N-二甲基甲酰胺,制得质量浓度为10~30% PVP溶液B;
(4)将溶液A,溶液B和溶液C混合,在搅拌条件下,溶液溶解均匀,得到溶液D;
(5)将制得的溶液D加入到注射器针管中,进行静电纺丝;
(6)将静电纺丝得到的纤维膜进行550 °C高温煅烧,得到纳米管;
实验例
通过对4-NP的吸附及光催化降解实验,测试ZnWO4/WO3异质结构纳米管的光催化性能。
光催化反应在圆柱形玻璃容器内常温长下进行,采用光源浸没式进行反应,光源为800W氙灯,以4-NP作为模拟污染物来评价纳米纤维的污染物清楚性能。实验过程中,分别将60mg ZnWO4/WO3异质结构纳米管以及WO3纳米纤维样品溶于4-NP溶液(20 mg/L),在黑暗条件下,磁力搅拌30 min,是4-NP溶液在纳米光催化剂表面达到吸附平衡后,打开氙灯,经过光照后,每隔20 min取样4 mL。经针头过滤器过滤后,利用紫外可见分光光度计,测定绿叶的吸光度,计算残余4-NP的浓度。图3为实施例1所制备的ZnWO4/WO3异质结构纳米管与WO3纳米纤维的降解效率对比,可以看出实施例1制备的ZnWO4/WO3异质结构纳米管降解效率有了很大的提高。
附图说明
图1为本发明实施例1的实验流程图。
图2为本发明实施例1制得的固含量为27%的ZnWO4/WO3纳米管的扫描电镜图。
图3为本发明实施例1制得的固含量为54%的ZnWO4/WO3纳米管的扫描电镜图。
图4为本发明实施例1制得的固含量为80%的ZnWO4/WO3纳米管的扫描电镜图。
图5为本发明实施例1制得的ZnWO4/WO3纳米管的4次循环实验的降解性能对比曲线。
图6为本发明实施例1的ZnWO4/WO3纳米管的4次循环实验的XRD图谱。
图7为本发明实施例1的ZnWO4/WO3纳米管的4次循环实验循环后扫描电镜图。

Claims (6)

1.一种多孔ZnWO4/WO3纳米管光催化剂,其特征在于,该催化剂由钨酸锌和三氧化钨组成,按照摩尔百分比计:钨酸锌含量为40%~60%,三氧化钨的含量为40%-60%。
2.根据权利要求1所述的多孔ZnWO4/WO3纳米管光催化剂,其特征在于,所述的催化剂的比表面积为20~40 m2/cm。
3.根据权利要求1 所述多孔ZnWO4/WO3纳米管光催化剂及简单可控的制备方法,其特征在于钨源为偏钨酸铵或六氯化钨的一种。
4.根据权利要求1 所述多孔ZnWO4/WO3纳米管光催化剂及简单可控的制备方法,其特征在于锌源为乙酸锌或者硝酸锌的一种。
5.根据权利要求1所述多孔ZnWO4/WO3纳米管光催化剂及简单可控的制备方法,其特征在于溶剂为去离子水、N,N-二甲基甲酰胺的、乙二醇中的至少一种。
6.一种权利要求1所述的多孔ZnWO4/WO3纳米管光催化剂的制备方法,包括如下步骤:
(1)将偏钨酸铵溶于水,制得偏钨酸铵质量浓度为30~40%的溶液A;
(2)将乙酸锌溶于A,制得乙酸锌质量浓度为30~40%的溶液B;
(3)将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于N,N-二甲基甲酰胺,制得质量浓度为10~20% PVP溶液C;
(4)将溶液A,溶液B和溶液C混合,在搅拌条件下,溶液溶解均匀,得到溶液D;
(5)将制得的溶液D加入到注射器针管中,进行静电纺丝;
(6)将静电纺丝得到的纤维膜进行高温煅烧,得到纳米管光催化剂。
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