一种钨酸铯粉体、制备方法及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无机光催化剂材料、其制备方法及其应用，具体涉及一种能用于降解有机污染物的光催化剂Cs2W3O1O及其制备方法，属于无机光催化材料领域。
【背景技术】
[0002]在工业生产和日常生活中，人们不可避免地制造了大量污染物，而其中作为水体污染源之一的染料废水问题最为突出。随着人类社会文明的进步和工业生产的发展，人们在生活水平显著提高的同时也对周边环境以及生活质量提出了更高的要求。越发严重的环境污染问题已严重影响人类的生存与社会的可持续发展，因而，环境污染的治理刻不容缓。光催化技术自1967年发现以来，因该技术能有效降解大部分对人体和环境有害的结构稳定的污染物而成为全球环境污染治理领域的主要方法之一。
[0003]光催化技术可以将太阳能转化为化学能且无二次污染，作为一种环境友好的净化技术在污染治理领域备受关注。作为光催化剂核心的光催化材料是一种在光的照射下，自身不起变化，却能促进化学反应进行的物质，因而在污水治理中作为一种绿色环保的催化剂具有举足轻重的地位。传统的光催化材料以二氧化钛T12和氧化锌ZnO为主，并得到了广泛的应用。但近年来，新型光催化剂的研究不断受到研究者们的关注。
[0004]中国发明专利申请CN104925867A报道了一种纳米钨酸铯粉体及其制备方法与应用。钨酸铯(Cs2WO4)作为近几年被发现的新型隔热材料，得到了德国、美国、日本等著名涂料公司的高度重视，开展了大力的研究。但钨酸铯在光催化领域的应用还未见报道。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种制备方法简单、光催化效率高、应用前景广阔的钨酸铯粉末、制备方法及其应用。
[0006]为达到以上目的，本发明采用的技术方案是:一种钨酸铯粉末，它的化学式为
CS2ff30lOo
[0007]本发明技术方案包括所述钨酸铯(Cs2W3Oiq)粉末的两种制备方法，一种是采用高温固相法，包括如下步骤:
(1)按通式Cs2W3Oiq中对应元素的化学计量比分别称量一种含钨离子W6+的化合物与一种含铯离子Cs+的化合物，研磨、混合均匀；
(2)将步骤(I)得到的混合物在空气气氛下进行预煅烧处理，预煅烧温度为400?8000C，煅烧时间为4?15小时，自然冷却至室温后，研磨、混合均匀；
(3)将步骤(2)得到的混合物在空气气氛中进行煅烧处理，煅烧温度为800?1200°C，煅烧时间为4?15小时，自然冷却至室温后，研磨均匀，得到一种钨酸铯Cs2W3O1O粉体材料。
[0008]步骤(2)的一个优化方案是:煅烧温度为450?750°C，煅烧时间为5?14小时;步骤
(3)的一个优化方案是:煅烧温度为850?1150 °C，煅烧时间为5?14小时。
[0009]另一种是采用化学溶液法，包括如下步骤: (1)按化学式Cs2W3O1O中各元素的化学计量比，先称取一种含钨离子W6+的化合物溶于适量的稀硝酸溶液中，在加热、搅拌条件下至完全溶解，再加入适量的络合剂搅拌均匀后，得到溶液A;再称取一种含铯离子Cs+的化合物溶于适量的稀硝酸溶液中，在加热、搅拌条件下至完全溶解，再加入适量的络合剂搅拌均匀后，得到溶液B;将溶液A、溶液B混合，在温度为70?100°C的条件下搅拌处理I?5小时，得到钨酸铯Cs2W3O1Q前驱体溶液；
(2)将钨酸铯Cs2W3Oiq前驱体溶液在温度为50?100°C的条件下陈化并烘干；
(3)自然冷却后，取出前驱体，在空气气氛中进行煅烧处理，煅烧温度为750?1150°C，煅烧时间为5?13小时，自然冷却后，研磨均匀，即得到一种钨酸铯Cs2W3Oiq粉末材料。
[0010]步骤(3)的一个优化方案是:煅烧温度为800?1100 °C，煅烧时间为6?12小时。
[0011]本发明技术方案中，所述的含钨离子W6+的化合物为氧化钨W03、钨酸H2W04、钨酸铵(NH4)1W12041、偏钨酸铵3(ΝΗ4)2θ.7W03.6H20和仲钨酸铵(NH4)2WO4中的一种;所述的含有铯离子Cs+的化合物为氧化铯Cs2O、硝酸铯CsNO3、碳酸铯Cs2CO3、氢氧化铯CsOH和氯化铯CsCl的一种;所述的络合剂为柠檬酸或草酸。
[0012]本发明技术方案还包括所述钨酸铯(Cs2W3Oiq)粉末的应用，用作紫外光响应的光催化剂。
[0013]与现有技术方案相比，本发明技术方案的优点在于:
1、制备的Cs2W3Oiq光催化剂的光催化活性较好，240分钟光催化降解亚甲基蓝的降解率可以达到91.47%，能有效地实现光催化降解亚甲基蓝。
[0014]2、制备Cs2W3Oiq光催化剂的原材料来源丰富且价格低廉，制备方法简单且低能耗、低成本。同时，制得的样品物相较纯，颗粒细小且分布均匀。
[0015]3、本发明无废气废液排放，CS2W3O1Q光催化剂是一种绿色安全的无机光催化材料。
【附图说明】
[0016]图1为本发明实施例1所制得的Cs2W3Oiq样品的X射线粉末衍射图谱；
图2为本发明实施例1所制得的Cs2W3Oiq样品的漫反射图谱；
图3为本发明实施例1所制得的Cs2W3Oiq样品的SEM图；
图4为本发明实施例1所制得的Cs2W3Oiq的样品在光照时对有机染料亚甲基蓝的降解曲线；
图5为本发明实施例1所制得的Cs2W3Oiq样品降解亚甲基蓝的动力学曲线图；
图6为本发明实施例5所制得的Cs2W3Oiq样品的X射线粉末衍射图谱；
图7为本发明实施例5所制得的Cs2W3Oiq样品的漫反射图谱；
图8为本发明实施例5所制得的Cs2W3Oiq样品的SEM图；
图9为本发明实施例5所制得的Cs2W3Oiq样品的TEM图；
图10为本发明实施例5所制得的Cs2W3Oiq样品在光照时对有机染料亚甲基蓝的降解曲线；
图11为本发明实施例5所制得的Cs2W3Oiq样品降解亚甲基蓝的动力学曲线图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步描述。针对各实施例的具体方案，特作以下几点说明:
1、为了得到本发明中所使用的复合氧化物，可先使用固相合成法制备粉末，即把原料按照目标组成的化学计量比进行混合，再在常压下于空气气氛中合成。
[0018]2、为了能够有效利用光，本发明中的光催化剂的尺寸最好在微米级别，甚至是纳米粒子，且比表面积较大。用固相合成法制备的氧化物粉末，其粒子较大而表面积较小，可通过采用溶胶凝胶法制备光催化剂，使粒子直径变小。
[0019]3、在本发明中，光催化降解亚甲基蓝活性评价采用自制光催化反应装置，光源灯为500瓦圆柱形形氙灯，反应槽使用硼硅酸玻璃制成的圆柱形光催化反应仪器，将光源灯插入到反应槽中，并通入冷凝水降温，反应时温度为室温。催化剂用量100毫克，溶液体积250毫升，亚甲基蓝的浓度为10毫克/升。催化剂置于反应液中，催化时间设定为240分钟，打开冷凝水后开始光照，光照后每隔一段时间取一次样，离心，取其上清液，用紫外-可见分光光度计在波长664?666纳米处测定亚甲基蓝溶液的吸光度。根据朗伯-比尔定律，溶液的吸光度与浓度成正比，因此可用吸光度代替浓度计算去除率，以此为亚甲基蓝溶液的去除率。计算公式:降解率=(l-C/Co) X 100% = (l-A/Ao) X 100%，其中CQ、C分别为光催化降解前后的浓度，Ao、A分别是降解前后的吸光度值。
[0020]实施例1:
根据化学式Cs2W3Oiq，分别称取氧化钨WO3: 6.956克，氧化铯Cs20:2.818克，在玛瑙研钵中加入适量的丙酮混合研磨均匀后，在450°C的空气气氛中进行预煅烧处理，预锻烧时间为5小时，随炉自然冷却至室温后，取出样品；将得到的预煅烧的样品再次在研钵中用相同方法充分混合研磨均匀后，在850 °C的空气气氛中进行煅烧处理，煅烧时间为5小时，冷却至室温后研磨得到光催化剂钨酸铯Cs2W3O10t3
[0021]参见附图1，它是按本实施例技术方案所制备样品的X射线粉末衍射图谱，XRD测试结果显示，所制备的钨酸铯Cs2W3Oiq结晶度较好，无杂相。
[0022]参见附图2，它是按本实施例技术方案所制备样品的漫反射光谱，从图中可以看出，该样品在紫外光区域具有较强的吸收。
[0023]参见附图3，它是按本实施例技术方案所制备样品的SEM(扫描电子显微镜)图谱，从图中可以看出，所得的样品颗粒分布均匀，平均粒径为0.50微米。
[0024]参见附图4，它是按本实施例技术方案所制备样品对有机染料亚甲基蓝的降解曲线。从图中可以看出，该样品光催化降解亚甲基蓝的降解率240分钟达到87.46%，说明制备出的钨酸铯Cs2W3Oiq材料具有良好的光催化活性。
[0025]参见附图5，它是按本实施例技术方案所制备样品降解亚甲基蓝的动力学曲线图，经拟合计算得出，该样品光催化降解亚甲基蓝的表观动力学速率常数为0.00242分钟一1。
[0026]实施例2:
根据化学式Cs2W3O1Q，分别称取钨酸铵(冊4) 1W12041: 7.606克，氢氧化铯CsOH: 2.998克，在玛瑙研钵中加入适量的丙酮混合研磨均匀后，在550°C的空气气氛中进行预煅烧，煅烧时间为8小时，随炉自然冷却至室温后，取出样品；将预煅烧的样品再次用相同的方法充分混合研磨