一種摻雜型納米光催化劑、制備方法及應用與流程

本發明涉及光催化技術領域，具體涉及一種摻雜型納米光催化劑、制備方法及應用。

背景技術：

隨著環境污染和能源危機日益加劇，人們在不斷地尋找治理環境和利用太陽能的方法。由于光催化技術具有操作簡單、綠色無污染以及可直接利用太陽能等優點，因此光催化技術成為當前研究熱點之一。傳統的光催化劑材料TiO₂在受到波長小于400nm的紫外光激發下才顯示出光催化活性，這一部分波長光的能量僅占太陽能總能量約4％，而未利用的可見光能量占43％左右，因此開發出高效穩定的可見光響應光催化劑成為了光催化領域的研究熱點。

2009年，IS Cho，CH Kwak首次研究報道了α-SnWO₄在可見光下有一定的光催化活性。2011年，Zhu G和Que W研究報道了水熱法合成α-SnWO₄的反應機理、制備條件等。科學家們嘗試了用不同離子摻雜提高α-SnWO₄活性，取得了一定成效，但活性提高有限，無法滿足高效利用太陽能的需要。

目前尚未有關于通過摻雜Mo⁶⁺提高α-SnWO₄可見光光催化活性的相關報道。

技術實現要素：

本發明是為了解決上述問題而進行的，本發明以亞甲基藍為目標污染物，通過黑暗條件下亞甲基藍被催化劑吸附后的吸光度表征催化劑的物理吸附性能，通過計算可見光激發下催化劑對亞甲基藍的降解率來表征其可見光光催化活性，提供一種在可見光下催化活性高、物理吸附性能強的摻雜型納米光催化劑和該催化劑的制備方法及應用，來催化降解環境中的有機污染物。

本發明提供了一種摻雜型納米光催化劑的制備方法，具有這樣的特征，包括以下步驟：

步驟一，稱取鎢酸鈉與鉬酸鈉并溶解于去離子水中，攪拌至溶解完全，得到混合溶液；

步驟二，將氯化亞錫加入至混合溶液中，攪拌后用酸或堿調節pH＝3-10，得到pH調節后的混合溶液；

步驟三，將步驟二中pH調節后的混合溶液在高溫高壓條件下的反應釜中進行水熱反應，得到反應后的混合溶液；

步驟四，待步驟三得到的反應后的混合溶液冷卻至室溫后，將反應后的混合溶液過濾得到濾餅，對濾餅洗滌、干燥，得到干燥產品；

步驟五，將干燥產品研磨，得到摻雜型納米光催化劑。

在本發明提供的摻雜型納米光催化劑的制備方法中，還可以具有這樣的特征：其中，在步驟一中，混合溶液的制備方法包括以下子步驟：

子步驟一，分別稱取鎢酸鈉與鉬酸鈉并溶解于去離子水中，攪拌至溶解完全，分別得到鎢酸鈉溶液與鉬酸鈉溶液；

子步驟二，將鎢酸鈉溶液與鉬酸鈉溶液混合并加入去離子水，得到混合溶液。

在本發明提供的摻雜型納米光催化劑的制備方法中，還可以具有這樣的特征：其中，在步驟一中，混合溶液中W:Mo原子摩爾比為0：10～10:0。

在本發明提供的摻雜型納米光催化劑的制備方法中，還可以具有這樣的特征：其中，在步驟二中，酸為硝酸溶液，堿為氫氧化鈉溶液。

在本發明提供的摻雜型納米光催化劑的制備方法中，還可以具有這樣的特征：其中，在所述步驟二中，攪拌后用酸或堿調節pH＝3.5-4.5。

在本發明提供的摻雜型納米光催化劑的制備方法中，還可以具有這樣的特征：其中，在步驟三中，高溫高壓條件為溫度100～300℃，壓強20～50MPa。

在本發明提供的摻雜型納米光催化劑的制備方法中，還可以具有這樣的特征：其中，在步驟三中，水合反應的時間為6～12h。

本發明還提供了一種摻雜型納米光催化劑，由上述任意一項的摻雜型納米光催化劑的制備方法制得，其特征在于：摻雜型納米光催化劑的化學式為SnW_(1-x)Mo_xO₄，其中X的范圍為0≤X≤1，Mo的化合價為+6價。

本發明還提供了一種上述的摻雜型納米光催化劑在催化降解有機污染物中的應用。

在本發明提供的摻雜型納米光催化劑在催化降解有機污染物中的應用中，還可以具有這樣的特征：其中，有機污染物為亞甲基藍。

發明作用與效果

本發明提供了一種摻雜型納米光催化劑、制備方法及應用，本發明的摻雜型納米光催化劑SnW_(1-x)Mo_xO₄綠色環保、成分簡單，不僅在可見光下具有高光催化活性，而且具有強物理吸附性能。

本發明的摻雜型納米光催化劑的制備方法將鎢酸鈉與鉬酸鈉混合，并加入氯化亞錫，在高溫高壓條件下進行水合反應，再通過對反應后的混合溶液過濾、洗滌、干燥得到干燥產品，最后對干燥產品進行研磨，得到摻雜型納米光催化劑，該制備方法簡單易行，成本低，并且對環境無污染，適用于工業化應用。

本發明的摻雜型納米光催化劑的應用將光催化劑SnW_(1-x)Mo_xO₄在可見光的激發下催化降解亞甲基藍，催化降解效率高。

附圖說明

圖1是本發明的實施例中摻雜型納米光催化劑SnW_(1-x)Mo_xO₄的X射線衍射圖；

圖2(a)是本發明的實施例四中摻雜型納米光催化劑α-SnMoO₄的掃描電鏡圖像，圖2(b)是本發明的實施例一中摻雜型納米光催化劑SnW_0.7Mo_0.3O₄的掃描電鏡圖像；

圖3是本發明的實施例中摻雜型納米光催化劑SnW_(1-x)Mo_xO₄在黑暗條件下吸附亞甲基藍吸附-時間曲線；以及

圖4是本發明的實施例中摻雜型納米光催化劑SnW_(1-x)Mo_xO₄在可見光照射條件下對亞甲基藍降解-時間曲線。

具體實施方式

以下結合實施例和附圖對本發明的摻雜型納米光催化劑、制備方法及應用進行進一步說明。

實施例一

本實施例的摻雜型納米光催化劑的制備方法包括以下步驟：

步驟一，稱取0.04mol(13.1940g)鎢酸鈉(Na₂WO₄·2H₂O)，常溫下溶于200ml去離子水中，攪拌至溶解完全，得到濃度為0.2mol/L的鎢酸鈉溶液；并稱取0.04mol(9.6780g)鉬酸鈉(Na₂MoO₄·2H₂O)，常溫下溶于200ml去離子水中，攪拌至溶解完全，得到濃度為0.2mol/L的鉬酸鈉溶液；取0.2mol/L鎢酸鈉溶液14ml與0.2mol/L鉬酸鈉溶液6ml并加入去離子水20ml得到混合溶液。

步驟二，稱取0.004mol(0.9026g)的氯化亞錫(SnCl₂·2H₂O)固體，加入至上述混合溶液中，常溫下攪拌混合，用稀硝酸溶液調節pH＝3，攪拌至溶解完全，得到pH調節后的混合溶液。

步驟三，將pH調節后的混合溶液放入至溫度為100℃、壓強為20MPa的條件下的反應釜中進行水合反應6h，得到反應后的混合溶液。

步驟四，將反應后的混合溶液冷卻至室溫后，用循環水式多用真空泵過濾樣品得到濾餅，對濾餅用去離子水充分洗滌過濾、干燥，得到干燥產品。

步驟五，將干燥產品研磨，得到摻雜型納米光催化劑SnW_0.7Mo_0.3O₄。

圖1是本發明的實施例中摻雜型納米光催化劑SnW_(1-x)Mo_xO₄的X射線衍射圖。

圖2(b)是本發明的實施例一中摻雜型納米光催化劑SnW_0.7Mo_0.3O₄的掃描電鏡圖像

如圖1所示，本實施例得到的摻雜型納米光催化劑SnW_0.7Mo_0.3O₄在衍射角為27.6°的衍射峰對應的衍射強度最強。

如圖2(b)所示，摻雜型納米光催化劑SnW_0.7Mo_0.3O₄成團聚狀態，α-SnWO₄與Mo⁶⁺能進行很好的結合。

實施例二

本實施例的摻雜型納米光催化劑的制備方法包括以下步驟：

步驟一，稱取0.04mol(13.1940g)鎢酸鈉(Na₂WO₄·2H₂O)，常溫下溶于200ml去離子水中，攪拌至溶解完全，得到濃度為0.2mol/L的鎢酸鈉溶液；并稱取0.04mol(9.6780g)鉬酸鈉(Na₂MoO₄·2H₂O)，常溫下溶于200ml去離子水中，攪拌至溶解完全，得到濃度為0.2mol/L的鉬酸鈉溶液；取0.2mol/L鎢酸鈉溶液8ml與0.2mol/L鉬酸鈉溶液12ml并加入去離子水20ml得到混合溶液。

步驟二，稱取0.004mol(0.9026g)的氯化亞錫(SnCl₂·2H₂O)固體，加入至上述混合溶液中，常溫下攪拌混合，用稀硝酸溶液調節pH＝4.5，攪拌至溶解完全，得到pH調節后的混合溶液。

步驟三，將pH調節后的混合溶液放入至溫度為200℃、壓強為35MPa的條件下的反應釜中進行水合反應8h，得到反應后的混合溶液。

步驟四，將反應后的混合溶液冷卻至室溫后，用循環水式多用真空泵過濾樣品得到濾餅，對濾餅用去離子水充分洗滌過濾、干燥，得到干燥產品。

步驟五，將干燥產品研磨，得到摻雜型納米光催化劑SnW_0.4Mo_0.6O₄。

又如圖1所示，本實施例的摻雜型納米光催化劑SnW_0.4Mo_0.6O₄在衍射角為27.6°的衍射峰對應的衍射強度最強。

實施例三

本實施例的摻雜型納米光催化劑的制備方法包括以下步驟：

步驟一，稱取0.04mol(13.1940g)鎢酸鈉(Na₂WO₄·2H₂O)，常溫下溶于200ml去離子水中，攪拌至溶解完全，得到濃度為0.2mol/L的鎢酸鈉溶液；并稱取0.04mol(9.6780g)鉬酸鈉(Na₂MoO₄·2H₂O)，常溫下溶于200ml去離子水中，攪拌至溶解完全，得到濃度為0.2mol/L的鉬酸鈉溶液；取0.2mol/L鉬酸鈉溶液20ml并加入去離子水20ml得到混合溶液。

步驟二，稱取0.004mol(0.9026g)的氯化亞錫(SnCl₂·2H₂O)固體，加入至上述混合溶液中，常溫下攪拌混合，用氫氧化鈉溶液調節pH＝8，攪拌至溶解完全，得到pH調節后的混合溶液。

步驟三，將pH調節后的混合溶液放入至溫度為250℃、壓強為40MPa的條件下的反應釜中進行水合反應10h，得到反應后的混合溶液。

步驟四，將反應后的混合溶液冷卻至室溫后，用循環水式多用真空泵過濾樣品得到濾餅，對濾餅用去離子水充分洗滌過濾、干燥，得到干燥產品。

步驟五，將干燥產品研磨，得到摻雜型納米光催化劑α-SnMoO₄。

又如圖1所示，本實施例的摻雜型納米光催化劑α-SnMoO₄在衍射角為27.6°的衍射峰對應的衍射強度最強。

圖2(a)是本發明的實施例四中摻雜型納米光催化劑α-SnMoO₄的掃描電鏡圖像。

如圖2(a)所示，摻雜型納米光催化劑α-SnMoO₄也成團聚狀態。

實施例四

本實施例的摻雜型納米光催化劑的制備方法包括以下步驟：

步驟一，稱取0.04mol(13.1940g)鎢酸鈉(Na₂WO₄·2H₂O)，常溫下溶于200ml去離子水中，攪拌至溶解完全，得到濃度為0.2mol/L的鎢酸鈉溶液；并稱取0.04mol(9.6780g)鉬酸鈉(Na₂MoO₄·2H₂O)，常溫下溶于200ml去離子水中，攪拌至溶解完全，得到濃度為0.2mol/L的鉬酸鈉溶液；取0.2mol/L鎢酸鈉溶液20ml并加入去離子水20ml得到混合溶液。

步驟二，稱取0.004mol(0.9026g)的氯化亞錫(SnCl₂·2H₂O)固體，加入至上述混合溶液中，常溫下攪拌混合，用氫氧化鈉溶液調節pH＝10，攪拌至溶解完全，得到pH調節后的混合溶液。

步驟三，將pH調節后的混合溶液放入至溫度為300℃、壓強為50MPa的條件下的反應釜中進行水合反應12h，得到反應后的混合溶液。

步驟四，將反應后的混合溶液冷卻至室溫后，用循環水式多用真空泵過濾樣品得到濾餅，對濾餅用去離子水充分洗滌過濾、干燥，得到干燥產品。

步驟五，將干燥產品研磨，得到摻雜型納米光催化劑α-SnWO₄。

降解實驗

以亞甲基藍為目標污染物，在可見光激發下，分別加入實施例一至實施例四制備得到的摻雜型納米光催化劑SnW_(1-x)Mo_xO₄(0≤X≤1)。

圖3是本發明的實施例中摻雜型納米光催化劑SnW_(1-x)Mo_xO₄在黑暗條件下吸附亞甲基藍吸附-時間曲線。

如圖3所示，當W：Mo原子摩爾比為4:6時，摻雜型納米光催化劑SnW_0.4Mo_0.6O₄在黑暗條件下吸附能力最強。

圖4是本發明的實施例中摻雜型納米光催化劑SnW_(1-x)Mo_xO₄在可見光照射條件下對亞甲基藍降解-時間曲線。

如圖4所示，當W：Mo原子摩爾比為7:3時，摻雜型納米光催化劑SnW_0.7Mo_0.3O₄對亞甲基藍的降解效果最好，其具備高可見光催化活性。

實施例作用與效果

實施例一至實施例四提供了一種摻雜型納米光催化劑、制備方法，實施例一至實施例四制備得到的摻雜型納米光催化劑SnW_(1-x)Mo_xO₄綠色環保、成分簡單，不僅在可見光下具有高光催化活性，而且具有強物理吸附性能。

實施例一至實施例四的摻雜型納米光催化劑的制備方法將鎢酸鈉與鉬酸鈉混合，并加入氯化亞錫，在高溫高壓條件下進行水合反應，再通過對反應后的混合溶液過濾、洗滌、干燥得到干燥產品，最后對干燥產品進行研磨，得到摻雜型納米光催化劑，該制備方法簡單易行，成本低，并且對環境無污染，適用于工業化應用。

實施例一至實施例四的摻雜型納米光催化劑的應用將光催化劑SnW_(1-x)Mo_xO₄在可見光的激發下催化降解亞甲基藍，并在黑暗條件下吸附亞甲基，光催化劑SnW_(1-x)Mo_xO₄催化降解效率高，吸附能力強。

以上實施例僅為本發明構思下的基本說明，不對本發明進行限制。而依據本發明的技術方案所作的任何等效變換，均屬于本發明的保護范圍。