一種銅修飾紫鎢光催化劑的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于粉末冶金制備技術領域，特別提供了一種銅修飾紫鎢光催化劑的制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著能源與環境問題的日益嚴重，其中有機物對水資源的污染尤為突出，不僅影響著人類的健康，同時還需要消耗大量的能源消除該類污染物。因此，發展新材料利用光催化技術來解決污染成為了一種新的研宄方向。從日本Honda和Fujishima發現通過單晶T12電極能夠光催化分解水開始，研宄者不斷研宄出新的高效的催化劑材料。WO 3，T12,ZnO，Fe2O3等一系列半導體氧化物因為帶隙能量與太陽光不能很好匹配，因此在作為催化劑的時候需要進行改性。改性的方法有表面光敏化、摻雜金屬離子、貴金屬沉積、復合半導體、與絕緣體復合、量子化等一系列方法。而開發一種光催化劑，其應當具有制作成本低，二次利用度高，性能穩定的特點，以便高效的利用太陽能，提高光催化劑的催化效率。在眾多催化劑材料中，紫鎢具有特殊的表面結構，化學活性高、大濃度的氧缺陷結構，且在紫外光中有著較高程度的吸收，同時，研宄表明銅作為摻雜元素可以很好的提高催化劑在可見光范圍內的響應。因此，選擇用銅摻雜紫鎢作為光催化材料有著很好的應用前景。
[0003]目前，制備過渡金屬摻雜的光催化劑材料方法主要有溶膠凝膠法、水熱法、沉淀法、微乳液法、氣相法等。中國專利CN101898139 A公開了一種制備二氧化鈦摻雜氧化鎢的方法。通過將二氧化鈦分散在鎢酸的氨水溶液中，烘干后得到混合粉末，再將粉末分散于一定濃度的硫酸根溶液中然后干燥。該方法簡單方便，但是由于是采用2次固液混合，會造成粉末之間混合的均勻度不夠，干燥后的分散性不足。中國專利CN102985178 A公開了一種銅離子改性氧化鎢光催化劑的分散體的方法。通過在溶液中將銅離子與氧化鎢顆粒機械研磨，然后使分散體與氧氣或者臭氧接觸。該方法簡單，成本低，效率高。但是同樣由于是固液混合，導致混合均勻度不足。總之，目前制備摻雜氧化鎢光催化劑的這些方法中有些制備時間較長，有些方法存在粒徑大小和分布、孔隙結構不均勻，有些制備催化劑成本較高等問題。因此，需要開發新的低成本、高效率的光催化劑。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種成本低、方法簡單高效的制備銅摻雜紫鎢光催化劑的新方法。
[0005]本發明直接采用鎢酸鹽(偏鎢酸銨)和硝酸銅為原料，具有短流程、低成本的特點，并且制備出的銅摻雜紫鎢光催化劑粉末粒度為納米級別，且混合均勻，催化效率高。
[0006]本發明的工藝步驟如下:
[0007]1、原料:所采用的原料有鎢源((NH4)6H2W12O40)、銅源(Cu(NO3)2)、硝酸銨(NH4NO3)、輔助劑。
[0008]2、溶液配制:將所選擇原料按照一定的比例配成溶液，混合均勻。
[0009]3、前驅體制備:將步驟2得到的水溶液加熱，隨著水溶液的揮發，溶液在發生濃縮后鼓泡，放出大量的氣體，在幾十秒鐘內發生劇烈氧化還原反應，生成前驅物粉末。
[0010]其中步驟2中硝酸銅與鶴源的摩爾比為0.3?1，硝酸錢與鶴源的摩爾比為12?36 ;輔助劑與鎢源的摩爾比為5?15。
[0011]本發明的優點是:
[0012]1、直接采用鎢酸鹽(偏鎢酸銨)和硝酸銅為原料，短流程、低成本，工藝簡便、快捷，適合規模化生產。
[0013]2、可以通過控制原料的種類及配比，控制前驅體制備的反應過程，控制粉末的形貌與晶形。
[0014]3、利用液相混合各原料，可實現反應物在原子水平上的均勻混合，以有利于獲得分布均勻的孔隙結構。
[0015]4、本發明反應過程中產生大量氣體，有效的控制了反應過程中反應物與氧氣的接觸，對生成紫鎢有著重要作用。
[0016]5、由于本發明中銅含量較低，確保了銅離子進入了紫鎢的晶格中，而不是形成氧化銅與紫鎢的混合物。利用銅離子的摻雜在紫鎢晶格中引入缺陷位置，從而影響電子和空穴的復合。在合適的濃度下，達到最優的催化效果。
【附圖說明】
[0017]圖1為掃描電鏡觀察照片；
[0018]圖2為銅摻雜紫鎢的XRD圖譜；
[0019]圖3為產物EDS能譜分析圖。
【具體實施方式】
[0020]實施例1
[0021]按照反應計量比稱取硝酸銅(Cu(NO3)2)0.0lmol，偏鎢酸銨((NH4) 6H2W1204(l) 0.0lmol，硝酸銨(NH4NO3)0.24mol，尿素(CO(NH2)2)0.1mol0將原料粉末溶于適量的去離子水中攪拌至完全溶解，恒溫200°C加熱，溶液蒸干后在幾十秒鐘內發生劇烈氧化還原反應生成銅摻雜紫鎢粉末。所得粉末為納米針狀，直徑30?150nm，長度為I?3 μ m，濃度為lg/L的催化劑將20ppm的有機污染物(亞甲基藍)降解完需要40min。
[0022]實施例2
[0023]按照反應計量比稱取硝酸銅(Cu(NO3)2)0.0lmol，偏鎢酸銨((NH4) 6H2W1204(l) 0.0lmol，硝酸銨(NH4NO3)0.24moI，尿素(CO(NH2)2)0.15mol。將原料粉末溶于適量的去離子水中攪拌至完全溶解，恒溫200°C加熱，溶液蒸干后在幾十秒鐘內發生劇烈氧化還原反應生成銅摻雜紫鎢粉末。所得粉末為納米針狀，直徑50?150nm，長度為I?3 μ m，濃度為lg/L的催化劑將20ppm的有機污染物(亞甲基藍)降解完需要35min。
[0024]實施例3
[0025]按照反應計量比稱取硝酸銅(Cu(NO3)2)0.0lmol，偏鎢酸銨((NH4) 6H2W1204(l) 0.0lmol，硝酸銨(NH4NO3)0.36mol，尿素(CO(NH2)2)0.1mol0將原料粉末溶于適量的去離子水中攪拌至完全溶解后，恒溫200°C加熱，溶液蒸干后在幾十秒鐘內發生劇烈氧化還原反應生成銅摻雜紫鎢粉末。所得粉末為納米針狀，直徑60?150nm，長度為I?2 μ m，濃度為lg/L的催化劑將20ppm的有機污染物(亞甲基藍)降解完需要50min。
[0026]實施例4
[0027]按照反應計量比稱取硝酸銅(Cu(NO3)2)0.0lmol，偏鎢酸銨((NH4) 6H2W1204(l) 0.0lmol，硝酸銨(NH4NO3)0.24mol，檸檬酸(C6H8O7)0.08moI。將原料粉末溶于適量的去離子水中攪拌至完全溶解后，恒溫200°C加熱，溶液蒸干后在幾十秒鐘內發生劇烈氧化還原反應生成銅摻雜紫鎢粉末。所得粉末為納米針狀，直徑30?150nm，長度為I?3 μ m，濃度為lg/L的催化劑將20ppm的有機污染物(亞甲基藍)降解完需要50min。
[0028]實施例5
[0029]按照反應計量比稱取硝酸銅(Cu(NO3)2)0.0lmol，偏鎢酸銨((NH4) 6H2W1204(l) 0.0lmol，硝酸銨(NH4NO3)0.18mol，檸檬酸(C6H8O7)0.15mol。將原料粉末溶于適量的去離子水中攪拌至完全溶解后，恒溫200°C加熱，溶液蒸干后在幾秒鐘內發生劇烈氧化還原反應生成銅摻雜紫鎢粉末。所得粉末為納米針狀，直徑80?200nm，長度為I?2 μ m，濃度為lg/L的催化劑將20ppm的有機污染物(亞甲基藍)降解完需要60min。
【主權項】
1.一種銅修飾紫鎢光催化劑的制備方法，其特征在于具體步驟如下: (1)原料:采用鎢源、銅源、硝酸銨、輔助劑為原料； (2)溶液配制:將所選擇原料按照一定的比例溶于水，混合均勻；硝酸銅與鎢源的摩爾比為0.3?I，硝酸錢與鶴源的摩爾比為12?36 ;輔助劑與鶴源的摩爾比為5?15 ; (3)將步驟(2)得到水溶液加熱，隨著水溶液的揮發，溶液在發生濃縮后鼓泡，放出大量的氣體，在幾十秒鐘內發生劇烈氧化還原反應，生成氧化物粉末。
2.根據權利要求1所述的一種銅修飾紫鎢光催化劑的制備方法，其特征在于步驟(I)中的鎢源為偏鎢酸銨，銅源為硝酸銅。
3.根據權利要求1所述的一種銅修飾紫鎢光催化劑的制備方法，其特征在于步驟中(I)中所述的輔助劑為甘氨酸、尿素、硫脲、檸檬酸中的至少一種。
4.根據權利要求1所述的一種銅修飾紫鎢光催化劑的制備方法，其特征在于:得到的產物為納米針狀粉末。
【專利摘要】本發明公開了一種銅修飾納米紫鎢光催化劑材料。摻雜合適濃度的銅，確保銅離子進入紫鎢的晶格中，引入缺陷位置，從而影響電子和空穴的復合，在合適的濃度下，達到最優的催化效果。同時本發明公開了催化劑材料的制備方法，采用溶液法一步合成銅摻雜紫鎢粉末，反應時間短，反應引發溫度低，得到納米晶催化劑粉末，直徑為30～200nm，長度為1～3μm。該發明解決了利用適當摻雜引入缺陷的方法來顯著提高光催化性能的問題。制備的光催化粉末晶粒細小，低成本、原料粉末利用率高、光催化效率高等優點。
【IPC分類】B01J23-888
【公開號】CN104785275
【申請號】CN201510129107
【發明人】秦明禮, 陳鵬起, 陳錚, 劉燁, 曹知琴, 吳昊陽, 賈寶瑞, 曲選輝
【申請人】北京科技大學
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年3月23日