一種不同納米晶型WO₃的可控合成方法及其在廢水中的應用

一種不同納米晶型WO₃的可控合成方法及其在廢水中的應用
【專利摘要】本發明涉及一種不同納米晶型WO3的可控合成方法及其在廢水處理中的應用，本發明首先以鎢酸銨作為鎢源，以十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）作為形貌調控劑，通過硝酸酸化獲得鎢酸，最后在200~500攝氏度下焙燒12小時得到形似花狀不同晶型的三氧化鎢。本發明的優點是：1、本發明的納米材料是首次可控合成了不同晶型的WO3；2、本發明的納米材料具有較好的納米吸附和光催化協同作用。3、本發明提供的制備方法簡單易行、生產成本低廉、純度高，制備的不同晶型WO3納米材料比表面積高、吸附性能好且煅燒后可重復使用。
【專利說明】
_種不同納米晶型W〇3的可控合成方法及其在廢水中的應用
技術領域
[0001]本發明涉及一種可控合成不同納米晶型W〇3納米材料的方法及其在廢水中的應用。【背景技術】
[0002]我國對染料的使用歷史主要是隨著織布技術逐漸發展起來的，大約在公元前3000 多年時，就已經發現有先祖開始使用天然染料;史載記錄我們的先祖主要從植物中提取靛藍、菘藍和紅花作為染料，還有從貝和螺中制取泰雅紅紫染料等。過去使用的染料一般均為天然染料，即直接或間接從動物、植物乃至礦產中精煉而得到的。由于當時的科學技術落后，很少經過化學處理和加工，穩定性差，所得到的染料亦不純，因而這些染料可以有效地被環境降解。但是這種物理處理得到的染料色牢度差、且不易著色，較為單一等一系列問題限制了染料在人們日常生活中的廣泛使用。直到后來，在英國皇家化學學院霍夫曼院長的實驗室里w.H.Perkin偶然獲得到了馬尾紫染料，隨后Martius又成功地實現了偶氮染料的商品化，從此合成染料得到了迅速的發展。到目前為止，約有1萬多種不同的染料被利用， 而全球每年生產的染料約為百萬噸。這些染料按其化學結構不同可分為偶氮染料、靛族染料、硫化染料、酞菁染料、蒽醌染料、芳甲烷染料、硝基和亞硝基染料，此外還有其他結構類型的染料，如甲川和多甲川類染料、二苯乙烯類染料以及各種雜環類染料等。近年來，我國染料產量穩居世界首位，年產量達幾百萬噸且逐年增加，在全球染料產量行業中所占有的份額達到了60%，然而在染料生產過程中，有很大部分的染料進入廢水中，對周圍水環境的污染和人類的健康造成了極大的危害，而且這種生產廢水已經成為當前最主要的水體污染源之一，嚴重影響了人類的身體健康。
[0003]目前染料去除的方法很多，常見的有生物處理法，染料萃取法，電化學氧化法，吸附法，光催化降解法等，其中吸附、降解是染料在環境中分解、轉化的重要途徑之一。光催化技術基于光催化劑在太陽光照射下具有其獨特的氧化還原能力，被用于凈化空氣和水中的污染物。
[0004]三氧化鎢(W〇3)是一種具有六方、立方等多種對稱型結構的n型半導體材料，由于具有優異的電致變色、氣致變色和光致變色等性能而備受關注。自1973年發現W03具有光致變色現象以來，W03在信息顯示器件、高敏度光存儲材料及變色玻璃等方面顯示出巨大的應用前景，使其制備、結構及光致變色性能等成為國內外的研究熱點之一。特別是納米W03因具有巨大的比表面積，其體積效應、表面效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應顯著，使得它的應用領域繼續擴大，可作為太陽能吸收材料、隱形材料、催化劑材料。目前可控合成不同晶型的W〇3的方法及其在廢水處理中的協同應用尚未報道，因此探究兩種晶型氧化鎢的可控合成方法及其在廢水中的應用是非常有意義的。
【發明內容】

[0005]本發明所要解決的技術問題是提供一種可控合成不同晶型的W03的方法，并為吸附、光催化降解有機污染物提供了一種更高效的材料，本發明的納米材料操作簡單、生產成本低廉、產品純度高，而且吸附后的材料通過煅燒處理依然可以恢復其吸附性能，是一種工藝環保制備納米吸附、催化材料的有效方法。
[0006]本發明是這樣來實現的，一種新型不同納米晶型W03的可控合成的方法，其特征方法步驟如下:(1)W03前驅體的制備:準確稱取2.31克鎢酸銨于100毫升的燒杯中，再加入0.05克十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)。向上述燒杯中加入10毫升去離子水，然后用超聲清洗器超聲使其完全分散，置于磁力攪拌器上使之在持續攪拌中，然后向其中緩慢滴入濃硝酸，使溶液完全呈黃色，繼續攪拌24小時。過濾，用去離子水洗滌2到3次，80攝氏度恒溫干燥，得到黃鎢酸備用；(2)不同晶型W03的制備:將步驟(1)中所得黃鎢酸置于馬弗爐中，使之分別控制在200? 500攝氏度的高溫下煅燒12小時，可可分別得到立方型三氧化鎢(簡稱:C-W03)、立方型三氧化鎢和三斜型三氧化鎢的混合物，以及三斜型三氧化鎢(簡稱:/?rW03)。
[0007]本發明方法合成得到三氧化鎢可應用于吸附和光催化降解污染物。
[0008]本發明的優點是:1、本發明的納米材料是首次可控合成了不同晶型的W〇3;2、本發明的納米材料具有較好的納米吸附和光催化協同作用。3、本發明提供的制備方法簡單易行、生產成本低廉、純度高，制備的不同晶型W03納米材料比表面積高、吸附性能好且易回收重復利用。4、本發明所制備出來的W03納米材料是一種比表面積高、熱穩定性好、光學性能優良的吸附劑和光催化劑，在環境功能材料、污水處理、光催化等領域具有潛在的應用前景。【附圖說明】
[0009]圖1為本發明的不同晶型W03納米材料在不同溫度下的X射線粉末衍射對比圖。
[0010] 圖2為本發明的和/zrW03納米材料的掃描電鏡圖。[0011 ] 圖3為本發明的和/zrW03納米材料比表面積對比圖。[0〇12] 圖4為本發明的和/zrW03納米材料對亞甲基藍吸附去除的對比圖。[〇〇13]圖5為本發明的/zrW03納米材料對亞甲基藍的光催化降解趨勢圖。[〇〇14]圖6為本發明的納米材料對亞甲基藍吸附去除的動力學數據圖。[〇〇15]圖7為本發明的和/zrW〇3的納米材料的紫外漫反射和肖特基曲線圖。
[0016] 圖8為本發明的和/zrW03納米材料的能帶圖。【具體實施方式】
[0017]以下結合【附圖說明】對本發明的實施例作進一步詳細描述，但本實施例并不用于限制本發明，凡是采用本發明的相似結構及其相似變化，均應列入本發明的保護范圍。
[0018]本發明的納米材料的合成:(l)W〇3前驅體的制備:準確稱取2.31克鎢酸銨于100毫升的燒杯中，再加入0.05克十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)。向上述燒杯中加入10毫升去離子水，然后用超聲清洗器超聲使其完全分散，置于磁力攪拌器上使之在持續攪拌中，然后向其中緩慢滴入濃硝酸，使溶液完全呈黃色，繼續攪拌24小時。過濾，用去離子水洗滌2到3次，80攝氏度恒溫干燥，得到黃鎢酸備用；(2)不同晶型W03的制備:將步驟(1)中所得黃鎢酸置于馬弗爐中，使之分別控制在200、 250、300、350、400、450和500攝氏度的高溫下煅燒12小時，控制在200攝氏度時可得到^冊3, 控制在500攝氏度時可得到/zrW03，而控制在250、300、350、400和450的時候均得到和/zr W〇3的混合物。
[0019]如圖1所示，本發明的不同晶型W03納米材料在不同溫度下的X射線粉末衍射圖隨著溫度的改變，立方晶型三氧化鎢(c-W03)逐漸轉化為三斜晶型的三氧化鎢(/zHTO3)，且C-W03和，冊3的標準卡片(JCPDS N0.00-041-0905和JCPDS N0.01-072-1465)——對應，說明本發明成功制備出了純相的rW03和/zrW03納米材料。
[0020]如圖2所示，本發明的CHTO3和/?rW〇3納米材料的掃描電鏡圖，可以看出，納米材料為層狀材料，層與層之間的堆列形似花狀的納米結構，說明本發明制備出的W〇3納米材料具有較大的比表面積，其比表面積圖詳見圖3。
[0021]如圖4所示，本發明的C-W〇3和mW〇3納米材料對亞甲基藍吸附去除的熱力學數據表明，C-W〇3對亞甲基藍具有很好的吸附性能，而mW03幾乎無吸附性能，但從圖5可知，在紫外可見光下，200毫克的mW03可將10毫克的亞甲基藍降解完全，說明mW03有著很好的光催化性能。[〇〇22]圖6為本發明的C-W03納米材料對亞甲基藍吸附去除的動力學研究，數據表明，在 40毫克每升的亞甲基藍溶液中，C-W03不但具有很好的吸附效果，而且吸附速率非常快。另夕卜，吸附飽和后回收c-W03,然后進行低溫煅燒(200?300攝氏度)，煅燒后的C-W03仍然具有和新合成的tW03的吸附效果。這說明本發明合成的C-W03可以重復多次使用，可用于實際有機廢水處理中。
[0023]圖7為本發明的和/zrW03的納米材料的紫外漫反射和肖特基曲線圖。通過紫外可見漫反射和肖特基曲線可以計算出c-W03和tW03的導帶底和價帶頂的位置，進而可以繪制如圖8所示的光催化能帶圖，且為異質結構，這種異質結可以有效的阻礙了光生電子和空穴的復合，從而提高了催化劑的光催化性能。
【主權項】
1.一種不同晶型W〇3的可控合成的方法，其特征步驟如下:(1)W〇3前驅體的制備:準確稱取2?3克鎢酸銨于100毫升的燒杯中，再加入0.02?0.09克 十六烷基三甲基溴化銨；向上述燒杯中加入10毫升去離子水，然后用超聲清洗器超聲使其 完全分散，置于磁力攪拌器上使之在持續攪拌中，然后向其中緩慢滴入濃硝酸，使溶液完全 呈黃色，繼續攪拌24小時;過濾，用去離子水洗滌2到3次，80攝氏度恒溫干燥，得到黃鎢酸備 用；(2)不同晶型W03的制備:將步驟(1)中所得黃鎢酸置于馬弗爐中，使之分別控制在200? 500攝氏度的高溫下煅燒12小時，可分別得到立方型三氧化鎢、立方型三氧化鎢和三斜型三 氧化鎢的混合物，以及三斜型三氧化鎢。2.如權利要求1所述的一種不同晶型W03的可控合成的方法，其特征在于:合成得到三氧 化鎢可應用于吸附和光催化降解污染物。
【文檔編號】C02F1/28GK105948129SQ201610406758
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月12日
【發明人】鄒建平, 劉會龍, 張濤, 汪月華, 張思海, 江訓恒, 杜紅梅, 梁楠, 楊昌志
【申請人】南昌航空大學