專利名稱：一種負(fù)載型鎢酸鉍光催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)環(huán)保光催化材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種負(fù)載型光催化劑的制備方法，具體涉及一種硅藻土 / Nia4Zna6Fe2O4/ Bi2WO6負(fù)載型鎢酸鉍光催化劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
環(huán)境污染是當(dāng)前人類面臨的重大挑戰(zhàn)，利用光催化技術(shù)治理環(huán)境問(wèn)題是目前最活躍的研究領(lǐng)域之一，尋找高效率的光催化劑是該領(lǐng)域的首要任務(wù)。早期的研究主要集中在TiO2光催化劑上，它具有催化活性高、穩(wěn)定性好、價(jià)格便宜、無(wú)毒等優(yōu)良性能，因而備受青睞。但是TiO2禁帶寬度為3. 2eV，只有在波長(zhǎng)小于387nm的紫外線下才能激發(fā)其催化活性。在到達(dá)地面的太陽(yáng)能中，這一波段的能量尚不足5%，而可見(jiàn)光部分的比例卻占到太陽(yáng)能 的45%左右。因此，設(shè)計(jì)高效響應(yīng)的可見(jiàn)光催化劑成為光催化科學(xué)和污染控制所面臨的重大研究課題之一。鎢酸鉍(Bi2WO6)光催化劑以其獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的可見(jiàn)光吸收能力和較高的有機(jī)物降解能力，被認(rèn)為是一種潛在的優(yōu)良可見(jiàn)光催化材料。但是納米鎢酸鉍光催化劑在使用過(guò)程中一方面容易團(tuán)聚致使光催化活性降低，另一方面由于其粒徑太小導(dǎo)致其分離及回收再生困難。所以，用于廢水處理時(shí)，必須將鎢酸鉍負(fù)載于一定的載體上才能使用。硅藻土是由硅藻及其它微生物的硅質(zhì)遺骸組成的生物硅質(zhì)巖，具有獨(dú)特的微孔結(jié)構(gòu)，比表面積大，堆密度小，孔體積大、穩(wěn)定、無(wú)毒及吸附性強(qiáng)等特點(diǎn)，是一種理想的催化劑載體。它不僅可以將鎢酸鉍顆粒均勻分散于其表面避免團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)還可以綜合硅藻土的吸附功能，從而提高光催化劑的催化活性。盡管將鎢酸鉍負(fù)載在硅藻土上可以提高其光催化活性，然而在工程應(yīng)用上，懸浮體系光催化劑粉末使用后需要過(guò)濾將其分離回收，在分離過(guò)程中相當(dāng)一部分催化劑流失，同時(shí)回收的催化劑活性也有所降低。為了降低分離過(guò)程中催化劑的流失，也有報(bào)道將納米鎢酸鉍直接負(fù)載于磁性納米顆粒上形成核殼結(jié)構(gòu)的磁性納米光催化劑，然后借助外加磁場(chǎng)可以很容易實(shí)現(xiàn)光催化劑的分離。但由于納米磁性材料的孔體積和比表面小，催化劑的負(fù)載量低，在光催化過(guò)程中降低了復(fù)合光催化劑的光催化活性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種光催化活性高、易分離回收的軟磁性負(fù)載型鎢酸鉍光催化劑。本發(fā)明解決的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供了一種操作簡(jiǎn)單、易于控制、成本低廉的負(fù)載型鎢酸鉍光催化劑的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種負(fù)載型鎢酸鉍光催化劑，其特征在于所述的負(fù)載型鎢酸鉍光催化劑是通過(guò)將鎢酸鉍與載體顆粒硅藻土復(fù)合而形成的。本發(fā)明所述的負(fù)載型鎢酸鉍光催化劑，其特征在于所述的載體顆粒硅藻土上負(fù)載有軟磁性Nia4Zna6Fe2O4，其中硅藻土與軟磁性Nia4Zna6Fe2O4的質(zhì)量比為6 15: I。本發(fā)明所述的負(fù)載型鎢酸鉍光催化劑，其特征在于所述的負(fù)載型鎢酸鉍光催化劑為硅藻土 / Nia4Zna6Fe2O4/ Bi2WO6負(fù)載型鎢酸鉍光催化劑，其中負(fù)載Nia4Zna6Fe2O4的軟磁性硅藻土與鎢酸鉍的質(zhì)量比為廣3:1。本發(fā)明所述的負(fù)載型鎢酸鉍光催化劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟
(I)、將氯化鎳、氯化鋅和氯化鐵按摩爾比I :1.5 :5用去離子水配成混合水溶液，攪拌溶解后加氨水調(diào)節(jié)溶液的PH值為l(Tll，加入硅藻土，其中加入硅藻土的質(zhì)量為軟磁性Nia4Zna6Fe2O4質(zhì)量的6 15倍，攪拌均勻后移至水熱反應(yīng)釜中，在180_220°C下保持6_24小時(shí)后，經(jīng)冷卻，過(guò)濾，洗滌、干燥后得負(fù)載Nia4Zna6Fe2O4的軟磁性硅藻土；(2)、配制鎢酸銨(H40N10O41W12)和硝酸鉍(Bi (NO3)3)水溶液，在攪拌的條件下分別向鎢酸銨溶液和硝酸鉍溶液中加入酒石酸溶液形成透明溶液A和B，鎢酸銨溶液中加入酒石酸溶液的量為n (酒石酸):n (H4tlNltlO41W12) =18:1，硝酸鉍溶液中加入酒石酸溶液的量為n (酒石酸):n (Bi(NO3)3)=1.5:1 ;(3)、將步驟(2)所得的透明溶液A和B按照摩爾比為n (H40N10041ff12)n (Bi(NO3)3)=I 24的比例混合得透明混合溶液C，在攪拌條件下將步驟(I)所得軟磁性硅藻土加入到上述混合溶液C中得混合溶液D，其中加入軟磁性硅藻土的質(zhì)量為鎢酸鉍質(zhì)量的f 3倍，然后混合溶液D在80°C的水浴中保持24小時(shí)得濕凝膠，濕凝膠經(jīng)110°C干燥得干凝膠；(4)、 將步驟(3)所得干凝膠轉(zhuǎn)移到馬弗爐中在500-650°C保持6-36小時(shí)后得到具有高催化活性的負(fù)載型鎢酸鉍光催化劑。本發(fā)明所述的負(fù)載型鎢酸鉍光催化劑的制備方法，其特征在于所述步驟(I)中氯化鎳、氯化鋅和氯化鐵混合水溶液中金屬離子的總摩爾濃度為0. 05mol/L0本發(fā)明所述的負(fù)載型鎢酸鉍光催化劑的制備方法，其特征在于所述步驟(2)中酒石酸溶液的摩爾濃度為0. lmol/L。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)1、硅藻土的多孔結(jié)構(gòu)及較強(qiáng)的吸附性能可以維持鎢酸鉍懸浮體系較高的光催化效率；2、利用磁性技術(shù)來(lái)回收光催化劑，簡(jiǎn)化分離過(guò)程，降低操作費(fèi)用；3、本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，易控制，成本低。
具體實(shí)施例方式結(jié)合以下實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。應(yīng)該指出，本發(fā)明并非局限于下述各實(shí)施例。實(shí)施例I
(1)、將物質(zhì)的量分別為0.lX10_3mol、0. 15X10_3mol、0. 5X10_3mol的氯化鎳、氯化鋅和氯化鐵用去離子水配成混合水溶液，使金屬離子的總濃度為0. 05mol/L，攪拌溶解后加氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值至10,加入相當(dāng)于上述體系軟磁性Nia4Zna6Fe2O4質(zhì)量6倍的娃藻土,攪拌均勻后移至水熱反應(yīng)釜中，在180°C下保持24小時(shí)后，經(jīng)冷卻，過(guò)濾，洗滌、干燥后得負(fù)載Nia4Zna6Fe2O4的軟磁性娃藻土 ；
(2)、配制濃度為0.001mol/L的鎢酸銨溶液和濃度為0. 024mol/L硝酸鉍溶液各50mL，在攪拌的條件下，將9mL和ISmL濃度均為0. lmol/L的酒石酸溶液分別加入到鎢酸銨和硝酸鉍溶液中形成透明溶液A和B ;
(3)、將步驟(2)所得的透明溶液A和B混合得透明混合溶液C，在攪拌條件下將步驟(I)所得0. 42g軟磁性硅藻土加入到上述混合溶液C中得混合溶液D，然后混合溶液D在80°C的水浴中保持24小時(shí)得濕凝膠，濕凝膠經(jīng)110°C干燥得干凝膠；
(4)、將步驟(3)所得干凝膠轉(zhuǎn)移到馬弗爐中在500°C保持36小時(shí)后得到具有高催化活性的負(fù)載型鎢酸鉍光催化劑。實(shí)施例2(1)、將物質(zhì)的量分別為0.14X10_3mol、0. 21X10-3mol、0. 7Xl(T3mol的氯化鎳、氯化鋅和氯化鐵用去離子水配成混合水溶液，使金屬離子的總濃度為0. 05mol/L，攪拌溶解后加氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值至10,加入相當(dāng)于上述體系Nia4Zna6Fe2O4質(zhì)量9倍的娃藻土,攪拌均勻后移至水熱反應(yīng)釜中，在200°C下保持12小時(shí)后，經(jīng)冷卻，過(guò)濾，洗滌、干燥后得負(fù)載Nia4Zna6Fe2O4的軟磁性娃藻土 ；
(2)、配制濃度為0.001mol/L的鎢酸銨溶液和濃度為0. 024mol/L硝酸鉍溶液各50mL，在攪拌的條件下，將9mL和ISmL濃度均為0. lmol/L的酒石酸溶液分別加入到鎢酸銨和硝酸鉍溶液中形成透明溶液A和B ;
(3)、將步驟(2)所得的透明溶液A和B混合得透明混合溶液C，在攪拌條件下將步驟(I)所得0. 84g軟磁性硅藻土加入到上述混合溶液C中得混合溶液D，然后混合溶液D在 80°C的水浴中保持24小時(shí)得濕凝膠，濕凝膠經(jīng)110°C干燥得干凝膠；
(4)、將步驟(3)所得干凝膠轉(zhuǎn)移到馬弗爐中在600°C保持12小時(shí)后得到具有高催化活性的負(fù)載型鎢酸鉍光催化劑。實(shí)施例3
(1)、將物質(zhì)的量分別為0. 132X l(rtiol、0. 198X10_3mol、0. 66X10_3mol 的氯化鎳、氯化鋅和氯化鐵用去離子水配成混合水溶液，使金屬離子的總濃度為0. 05mol/L，攪拌溶解后加氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值至11,加入相當(dāng)于上述體系Nia4Zna6Fe2O4質(zhì)量15倍的娃藻土,攪拌均勻后移至水熱反應(yīng)釜中，在220°C下保持6小時(shí)后，經(jīng)冷卻，過(guò)濾，洗滌、干燥后得負(fù)載Nia4Zna6Fe2O4的軟磁性娃藻土 ；
(2)、配制濃度為0.001mol/L的鎢酸銨溶液和濃度為0. 024mol/L硝酸鉍溶液各50mL，在攪拌的條件下，將9mL和ISmL濃度均為0. lmol/L的酒石酸溶液分別加入到鎢酸銨和硝酸鉍溶液中形成透明溶液A和B ;
(3)、將步驟(2)所得的透明溶液A和B混合得透明混合溶液C，在攪拌條件下將步驟(I)所得I. 26g軟磁性硅藻土加入到上述混合溶液C中得混合溶液D，然后混合溶液D在80°C的水浴中保持24小時(shí)得濕凝膠，濕凝膠經(jīng)110°C干燥得干凝膠；
(4)、將步驟(3)所得干凝膠轉(zhuǎn)移到馬弗爐中在650°C保持6小時(shí)后得到具有高催化活性的負(fù)載型鎢酸鉍光催化劑。以上實(shí)施例描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明原理的范圍下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)均落入本發(fā)明保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種負(fù)載型鎢酸鉍光催化劑，其特征在于所述的負(fù)載型鎢酸鉍光催化劑是通過(guò)將鎢酸鉍與載體顆粒硅藻土復(fù)合而形成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的負(fù)載型鎢酸鉍光催化劑，其特征在于所述的載體顆粒硅藻土上負(fù)載有軟磁性Nia4Zna6Fe2O4，其中硅藻土與軟磁性Nia4Zna6Fe2O4的質(zhì)量比為6 15: I。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的負(fù)載型鎢酸鉍光催化劑，其特征在于所述的負(fù)載型鎢酸鉍光催化劑為硅藻土 / Nia4Zna6Fe2O4/ Bi2WO6負(fù)載型鎢酸鉍光催化劑，其中負(fù)載Nia4Zna6Fe2O4的軟磁性硅藻土與鎢酸鉍的質(zhì)量比為廣3:1。
4.一種權(quán)利要求廣3中任意一項(xiàng)所述的負(fù)載型鎢酸鉍光催化劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟(I)、將氯化鎳、氯化鋅和氯化鐵按摩爾比I :1. 5 5用去離子水配成混合水溶液，攪拌溶解后加氨水調(diào)節(jié)溶液的PH值為l(TlI，加入硅藻土，其中加入硅藻土的質(zhì)量為軟磁性Nia4Zna6Fe2O4質(zhì)量的6 15倍，攪拌均勻后移至水熱反應(yīng)釜中，在180_220°C下保持6-24小時(shí)后，經(jīng)冷卻，過(guò)濾，洗滌、干燥后得負(fù)載Nia4Zna6Fe2O4的軟磁性硅藻土 ；(2)、配制鎢酸銨(H4tlNltlO41W12)和硝酸鉍(Bi (NO3)3)水溶液，在攪拌的條件下分別向鎢酸銨溶液和硝酸鉍溶液中加入酒石酸溶液形成透明溶液A和B，鎢酸銨溶液中加入酒石酸溶液的量為n (酒石酸)n (H4tlNiciO41W12) =18:1，硝酸鉍溶液中加入酒石酸溶液的量為n (酒石酸)n(Bi (NO3)3) =1.5:1 ; (3)、將步驟(2)所得的透明溶液A和B按照摩爾比為n (H40N10O41W12)n (Bi(NO3)3)= 1:24的比例混合得透明混合溶液C，在攪拌條件下將步驟(I)所得軟磁性硅藻土加入到上述混合溶液C中得混合溶液D，其中加入軟磁性硅藻土的質(zhì)量為鎢酸鉍質(zhì)量的廣3倍，然后混合溶液D在80°C的水浴中保持24小時(shí)得濕凝膠，濕凝膠經(jīng)110°C干燥得干凝膠；(4)、將步驟(3)所得干凝膠轉(zhuǎn)移到馬弗爐中在500-650°C保持6_36小時(shí)后得到具有高催化活性的負(fù)載型鎢酸鉍光催化劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的負(fù)載型鎢酸鉍光催化劑的制備方法，其特征在于所述步驟(1)中氯化鎳、氯化鋅和氯化鐵混合水溶液中金屬離子的總摩爾濃度為0.05mol/L。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的負(fù)載型鎢酸鉍光催化劑的制備方法，其特征在于所述步驟(2)中酒石酸溶液的摩爾濃度為0.lmol/L。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種負(fù)載型鎢酸鉍光催化劑及其制備方法，屬于無(wú)機(jī)功能材料領(lǐng)域。本發(fā)明的技術(shù)方案要點(diǎn)為一種負(fù)載型鎢酸鉍光催化劑，是通過(guò)將鎢酸鉍與載體顆粒硅藻土復(fù)合而形成的，載體顆粒硅藻土上負(fù)載有軟磁性Ni0.4Zn0.6Fe2O4，其中硅藻土與軟磁性Ni0.4Zn0.6Fe2O4的質(zhì)量比為6~15:1，負(fù)載型鎢酸鉍光催化劑為硅藻土/Ni0.4Zn0.6Fe2O4/Bi2WO6負(fù)載型鎢酸鉍光催化劑，其中負(fù)載Ni0.4Zn0.6Fe2O4的軟磁性硅藻土與鎢酸鉍的質(zhì)量比為1~3:1。本發(fā)明還公開(kāi)了制備該負(fù)載型鎢酸鉍光催化劑的方法。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)硅藻土的多孔結(jié)構(gòu)及較強(qiáng)的吸附吸性能可以維持鎢酸鉍懸浮體系較高的光催化效率；利用磁性技術(shù)來(lái)回收光催化劑，簡(jiǎn)化分離過(guò)程，降低操作費(fèi)用；本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，易控制，成本低。
文檔編號(hào)B01J23/888GK102773105SQ20121027683
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月6日
發(fā)明者劉玉民, 呂華, 席國(guó)喜, 李紫金, 李運(yùn)清, 梁蕊, 王全坤, 邢新艷 申請(qǐng)人:河南師范大學(xué)