專利名稱：一種共摻雜可見光響應鎢酸鉍光催化劑及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于無機環(huán)保光催化材料技術領域，涉及一種共摻雜可見光響應鎢酸鉍光催化劑，具體涉及一種共摻雜可見光響應鎢酸鉍光催化劑，本發(fā)明還涉及上述光催化劑的制備方法。
背景技術：
利用光催化技術降解環(huán)境污染物具有室溫深度反應和可直接利用太陽能作為光源來驅動反應等特點，而成為一種理想的環(huán)境污染治理技術，并備受矚目。近年來半導體光催化已成為環(huán)境領域的研究熱點之一，大量研究表明，幾乎所有的有機污染物都能被有效地光催化降解、脫色、礦化為無機小分子物質，從而消除對環(huán)境的污染和危害。典型的光催化劑如TW2需要在紫外光照射下才具有較高的光催化活性，紫外光占太陽光中的比例約為4%，而太陽光能量主要集中在400-700nm的可見光范圍，其在使用過程中對太陽光的利用率較低，同時T^2在可見光范圍內并不具有催化活性，因此當前光催化技術尚不能充分利用太陽光。雖然對T^2進行摻雜改性，如引入金屬元素Fe、Co、Ce等及非金屬元素N、C、F等能夠拓展T^2的吸收波長至可見光范圍，但其光吸收較弱，催化活性普遍較低，且存在摻雜元素流失等失活問題。因此，開發(fā)新型可見光響應光催化劑是提高太能利用率，降低成本，拓寬光催化技術的應用范圍，最終實現光催化技術產業(yè)化應用的關鍵。鎢酸鉍是一種具有可見光響應能力的新型半導體光催化材料，雖然其在可見光范圍內具有一定的響應，但是由于較弱的可見光吸收能力導致其光催化活性較低，從而限制了其在光催化領域的應用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種共摻雜可見光響應鎢酸鉍光催化劑，解決了現有鎢酸鉍光催化劑光催化活性較低，從而限制了其在光催化領域的應用的問題。本發(fā)明的另一目的是提供上述光催化劑的制備方法。本發(fā)明所采用的技術方案是，一種共摻雜可見光響應鎢酸鉍光催化劑，其化學組成通式為 BiJhMOxO^yFpO. 01 彡 χ 彡 0. 9，0. 01 彡 y 彡 0. 1。本發(fā)明所采用的另一技術方案是，一種共摻雜可見光響應鎢酸鉍光催化劑的制備方法，具體按照以下步驟實施步驟1 將一定量的五水硝酸鉍溶解于質量濃度為65%的硝酸溶液，得到溶液A， 將一定量的鎢酸銨溶解于摩爾濃度為5mol/L的氫氧化鈉溶液，得到溶液B，將一定量的溶液A和溶液B混合均勻得到溶液C，將溶液C轉移至水熱反應釜，并置于微波反應器中利用微波加熱至150 250°C微波水熱處理0. 5 池，取出后自然冷卻至室溫，將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3次，于80°C干燥12h，得到鎢酸鉍粉體；步驟2 配制摩爾濃度為0. 001 0. lmol/L的氟化物溶液D ；配制濃度為0. 001 0. 9mol/L 的鉬酸鹽溶液 E，按照 BiJhMo^wFy，0. 01 ^ χ ^ 0.9,0.01 ^ y ^ 0. 1 的化學計量比將步驟1得到的鎢酸鉍粉體、溶液D、溶液E混合均勻得到懸浮液F，將懸浮液F轉移至水熱反應釜，并置于微波反應器中利用微波加熱至150 250°C微波水熱處理0. 5 池， 取出后自然冷卻至室溫，將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3次，于80°C干燥12h，得到共摻雜可見光響應鎢酸鉍光催化劑。本發(fā)明的特點還在于，其中的氟化物選用氟化鈉、氟化鋰中的一種或兩種組合。其中的鉬酸鹽選用鉬酸鈉、鉬酸銨中的一種或兩種組合。其中的溶液A中五水硝酸鉍和硝酸溶液的質量比為1 5 10。其中的溶液B中鎢酸銨和氫氧化鈉溶液的質量比為1 2 5。其中的溶液C中Bi元素和W元素的摩爾比為2 1。本發(fā)明的有益效果是，制備方法簡單、成本低，制備的光催化劑具有優(yōu)良的催化性能，在可見光照射下具有分解有害化學物質、有機生物質合殺菌的作用。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細說明。本發(fā)明共摻雜可見光響應鎢酸鉍光催化劑，其化學組成通式為Bi2WhM0xO(Py)Fy, 0.01^x^0.9,0.01^7^0. I0該催化劑在可見光下具有較高的光催化活性，能夠有效光催化降解有毒有機污染物。本發(fā)明共摻雜可見光響應鎢酸鉍光催化劑的制備方法，具體按照以下步驟實施步驟1 將一定量的五水硝酸鉍溶解于質量濃度為65%的硝酸溶液，得到溶液 A，其中五水硝酸鉍和硝酸的質量比為1 5 10;將一定量的鎢酸銨溶解于摩爾濃度為 5mol/L的氫氧化鈉溶液，得到溶液B，其中鎢酸銨和氫氧化鈉溶液的質量比為1 2 5; 將一定量的溶液A和溶液B混合均勻得到溶液C，其中溶液C中Bi元素和W元素的摩爾比為2 1。將溶液C轉移至水熱反應釜，并置于微波反應器中利用微波加熱至150 250°C 微波水熱處理0. 5 3h，取出后自然冷卻至室溫，將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3 次，于80°C干燥12h，得到鎢酸鉍粉體。步驟2 配制濃度為0. 001 0. lmol/L的氟化物溶液D ；配制濃度為0. 001 0. 9mol/L 的鉬酸鹽溶液 E。按照 BiJhMoAwFy (0. 01 ^ χ ^ 0.9,0.01 ^ y ^ 0. 1)的化學計量比將步驟1得到的鎢酸鉍粉體、溶液D、溶液E混合均勻得到懸浮液F，將懸浮液F轉移至水熱反應釜，并置于微波反應器中利用微波加熱至150 250°C微波水熱處理0. 5 3h，取出后自然冷卻至室溫，將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3次，于80°C干燥12h， 得到Mo、F共摻雜的可見光響應BiJhMc^C^yFy (0.01 ^ x^ 0.9,0. 01 ^ y ^ 0. 1)光催化劑。本發(fā)明中氟化物可以是氟化鈉、氟化鋰等可溶性氟化物的一種或多種組合。鉬酸鹽可以是鉬酸鈉、鉬酸銨等可溶性鉬酸鹽的一種或多種組合。離子摻雜是有效提高光催化劑光催化活性的途徑之一，摻雜可以形成載流子捕獲中心抑制光生電子空穴的復合，同時摻雜可以形成雜質能級，使能量較小的光子激發(fā)雜質能級上捕獲的電子和空穴，提高光子的利用效率，此外，摻雜可以導致光生載流子擴散長度增加，從而延長光生電子和空穴的壽命，抑制復合。本發(fā)明就是通過Mo、F共摻雜在鎢酸鉍的能級結構中引入雜質能，以提高光子利用效率，抑制光生電子和空穴的復合，進而實現鎢酸鉍光催化活性的提高。實施例1將4. 85g五水硝酸鉍溶解于24. 25g濃度為65%的硝酸溶液；將15. 21g鎢酸銨溶液于30. 42g濃度為5mol/L的氫氧化鈉溶液；將上述兩種溶液混合均勻移至水熱反應釜， 并置于微波反應器中利用微波加熱至150°C微波水熱處理0. 5h，取出后自然冷卻至室溫， 將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3次，于80°C干燥12h，得到鎢酸鉍粉體。稱取鎢酸鉍粉體3. 47g、50mL濃度為0. 001mol/L的氟化鈉溶液、50mL濃度為0. 001mol/L的鉬酸鈉溶液混合均勻轉移至水熱反應釜，并置于微波反應器中利用微波加熱至150°C微波水熱處理0. 5h，取出后自然冷卻至室溫，將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3次，于80°C干燥 12h，得到Mo、F共摻雜的可見光響應Bi2Wa99MoaQ1O5^9Fatll光催化劑。實施例2將4. 85g五水硝酸鉍溶解于24. 25g濃度為65%的硝酸溶液；將15. 21g鎢酸銨溶液于30. 42g濃度為5mol/L的氫氧化鈉溶液；將上述兩種溶液混合均勻移至水熱反應釜，并置于微波反應器中利用微波加熱至250°C微波水熱處理池，取出后自然冷卻至室溫，將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3次，于80°C干燥12h，得到鎢酸鉍粉體。稱取鎢酸鉍粉體34. 7g、50mL濃度為0. lmol/L的氟化鈉溶液、50mL濃度為0. 9mol/L的鉬酸鈉溶液混合均勻轉移至水熱反應釜，并置于微波反應器中利用微波加熱至150°C微波水熱處理0. 5h, 取出后自然冷卻至室溫，將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3次，于80°C干燥12h，得到 Mo、F共摻雜的可見光響應Bi2WaiMoa9O5^Fai光催化劑。實施例3將4. 85g五水硝酸鉍溶解于48. 5g濃度為65%的硝酸溶液；將15. 21g鎢酸銨溶液于76. 05g濃度為5mol/L的氫氧化鈉溶液；將上述兩種溶液混合均勻移至水熱反應釜， 并置于微波反應器中利用微波加熱至150°C微波水熱處理0. 5h，取出后自然冷卻至室溫， 將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3次，于80°C干燥12h，得到鎢酸鉍粉體。稱取鎢酸鉍粉體3. 47g、50mL濃度為0. 001mol/L的氟化鈉溶液、50mL濃度為0. 001mol/L的鉬酸鈉溶液混合均勻轉移至水熱反應釜，并置于微波反應器中利用微波加熱至150°C微波水熱處理0.證，取出后自然冷卻至室溫，將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3次，于80°C干燥 12h，得到Mo、F共摻雜的可見光響應Bi2Wa99MoaQ1O5^9Fatll光催化劑。實施例4將4. 85g五水硝酸鉍溶解于48. 5g濃度為65%的硝酸溶液；將15. 21g鎢酸銨溶液于76. 05g濃度為5mol/L的氫氧化鈉溶液；將上述兩種溶液混合均勻移至水熱反應釜，并置于微波反應器中利用微波加熱至250°C微波水熱處理池，取出后自然冷卻至室溫，將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3次，于80°C干燥12h，得到鎢酸鉍粉體。稱取鎢酸鉍粉體 34. 7g、50mL濃度為0. lmol/L的氟化鈉溶液、50mL濃度為0. 9mol/L的鉬酸鈉溶液混合均勻轉移至水熱反應釜，并置于微波反應器中利用微波加熱至150°C微波水熱處理0.證，取出后自然冷卻至室溫，將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3次，于80°C干燥12h，得到Mo、 F共摻雜的可見光響應Bi2Wtl. !Mo0^O5.9F0. ！光催化劑。
實施例5將4. 85g五水硝酸鉍溶解于24. 25g濃度為65%的硝酸溶液；將15. 21g鎢酸銨溶液于30. 42g濃度為5mol/L的氫氧化鈉溶液；將上述兩種溶液混合均勻移至水熱反應釜，并置于微波反應器中利用微波加熱至150°C微波水熱處理0. 5h，取出后自然冷卻至室溫，將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3次，于80°C干燥12h，得到鎢酸鉍粉體。稱取鎢酸鉍粉體3. 47g、50mL濃度為0. 001mol/L的氟化鈉溶液、50mL濃度為0. 001mol/L的鉬酸鈉溶液混合均勻轉移至水熱反應釜，并置于微波反應器中利用微波加熱至250°C微波水熱處理 3h，取出后自然冷卻至室溫，將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3次，于80°C干燥12h， 得到Mo、F共摻雜的可見光響應Bi2Wa99MoatllC^99Facil光催化劑。實施例6將4. 85g五水硝酸鉍溶解于48. 5g濃度為65%的硝酸溶液；將15. 21g鎢酸銨溶液于76. 05g濃度為5mol/L的氫氧化鈉溶液；將上述兩種溶液混合均勻移至水熱反應釜，并置于微波反應器中利用微波加熱至250°C微波水熱處理池，取出后自然冷卻至室溫，將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3次，于80°C干燥12h，得到鎢酸鉍粉體。稱取鎢酸鉍粉體34. 7g、50mL濃度為0. lmol/L的氟化鈉溶液、50mL濃度為0. 9mol/L的鉬酸鈉溶液混合均勻轉移至水熱反應釜，并置于微波反應器中利用微波加熱至250°C微波水熱處理3h，取出后自然冷卻至室溫，將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3次，于80°C干燥12h，得到Mo、 F共摻雜的可見光響應Bi2Wtl. !Mo0^O5.9F0. ！光催化劑。
權利要求
1.一種共摻雜可見光響應鎢酸鉍光催化劑，其特征在于，其化學組成通式為 Bi2Wi-xMox0(6_y)Fy,0. 01 彡 χ 彡 0. 9，0. 01 彡 y 彡 0. 1。
2.一種共摻雜可見光響應鎢酸鉍光催化劑的制備方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施步驟1 將一定量的五水硝酸鉍溶解于質量濃度為65%的硝酸溶液，得到溶液A，將一定量的鎢酸銨溶解于摩爾濃度為5mol/L的氫氧化鈉溶液，得到溶液B，將一定量的溶液A 和溶液B混合均勻得到溶液C，將溶液C轉移至水熱反應釜，并置于微波反應器中利用微波加熱至150 250°C微波水熱處理0. 5 池，取出后自然冷卻至室溫，將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3次，于80°C干燥12h，得到鎢酸鉍粉體；步驟2 配制摩爾濃度為0. 001 0. lmol/L的氟化物溶液D ；配制濃度為0. 001 0. 9mol/L 的鉬酸鹽溶液 E，按照 BiJhMo^wFy，0. 01 ^ χ ^ 0.9,0.01 ^ y ^ 0. 1 的化學計量比將步驟1得到的鎢酸鉍粉體、溶液D、溶液E混合均勻得到懸浮液F，將懸浮液F轉移至水熱反應釜，并置于微波反應器中利用微波加熱至150 250°C微波水熱處理0. 5 池， 取出后自然冷卻至室溫，將得到的產物離心分離，去離子水洗滌3次，于80°C干燥12h，得到共摻雜可見光響應鎢酸鉍光催化劑。
3.根據權利要求2所述的共摻雜可見光響應鎢酸鉍光催化劑的制備方法，其特征在于，所述的氟化物選用氟化鈉、氟化鋰中的一種或兩種組合。
4.根據權利要求2所述的共摻雜可見光響應鎢酸鉍光催化劑的制備方法，其特征在于，所述的鉬酸鹽選用鉬酸鈉、鉬酸銨中的一種或兩種組合。
5.根據權利要求2所述的共摻雜可見光響應鎢酸鉍光催化劑的制備方法，其特征在于，所述的溶液A中五水硝酸鉍和硝酸溶液的質量比為1 5 10。
6.根據權利要求2所述的共摻雜可見光響應鎢酸鉍光催化劑的制備方法，其特征在于，所述的溶液B中鎢酸銨和氫氧化鈉溶液的質量比為1 2 5。
7.根據權利要求2所述的共摻雜可見光響應鎢酸鉍光催化劑的制備方法，其特征在于，所述的溶液C中Bi元素和W元素的摩爾比為2 1。
全文摘要
本發(fā)明公開的一種共摻雜的可見光響應鎢酸鉍光催化劑及其制備方法，光催化劑的化學組成通式為Bi2W1-xMoxO(6-y)Fy，0.01≤x≤0.9，0.01≤y≤0.1，其制備步驟包括采用微波輔助加熱的水熱法制備鎢酸鉍粉體；以可溶性鉬酸鹽和可溶性氟化物的形式引入Mo和F，將得到的鎢酸鉍粉體經二次微波輔助的水熱法處理后得到Mo、F共摻雜的可見光響應光催化劑。本發(fā)明制備的光催化劑具有可見光響應能力，能夠在可見光照射下高效光催化降解有毒有機污染物。
文檔編號A01N59/16GK102513096SQ201110364910
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月17日 優(yōu)先權日2011年11月17日
發(fā)明者何選盟, 劉輝, 朱振峰, 李軍奇, 王德方, 郭占云 申請人:陜西科技大學