一种硫钒共掺杂的钨酸铋可见光催化剂的制备方法与流程

本发明涉及一种硫钒共掺杂的二氧化钨酸铋可见光催化剂的制备方法，一种一步水热釜制备的掺杂硫钒的钨酸铋可见光催化剂的制备方法，该制备方法可拓宽光催化剂可见光响应范围，提高催化效率。

背景技术：

1、近年来，环境污染问题日益严重，能源紧缺问题也迫在眉睫。在面临上述两大危机的势态之下，人们展开了污染治理、保护环境的科学研究。以半导体为催化剂，利用太阳光催化氧化降解污染物质作为一种有效的治理污染方法，成为环境保护科学研究的一个热点。在如上的研究背景下，各国研究工作者开发出了多种半导体纳米材料，如二氧化钛、氧化锌、三氧化钨等，用于污染物的治理及新能源的获取。以二氧化钛为例，虽然纳米二氧化钛具有很高的稳定性、较强的光催化能力，无毒无污染等突出的优点。但是，二氧化钛禁带宽度为3.2电子伏，这就意味着二氧化钛只能吸收与之匹配的波长小于387纳米的入射光子，光吸收仅仅限于紫外光区，此波段的光能量占照射到地面的太阳光的5%。可见光部分的比例占太阳能的45%，而实际到达地表的太阳辐射能量集中于460~500纳米波长范围。因此如何高效地利用自然光进行光催化反应，开发能够被可见光激发的光催化剂正日益引起人们的兴趣。

2、近年来，更多的研究工作者将研究的重点放在了寻找具有不同晶体形貌的双相金属氧化物上，通过拓展光吸收范围至可见光区，以开发新型光催化剂。最近的许多研究发现，钨酸铋(bi2wo6)为层状结构，含有钙钛矿型结构片层，具有介电、发光、离了导体、催化等特性，广泛应用于相关领域（ju wu, fang duan, et al, j. phys. chem. c 2007, 111,12866-12871）。并且，最为关键的是，钨酸铋具有可见光光催化性能，可用于在可见光下光解水和降解有机污染物。（dekun ma, shaoming huang, et al, j. phys. chem. c 2009,113, 4369–4374）。李贵生等合成了由钨酸铋纳米片沿任意方向堆叠而成的微球（guishengli, dieqingzhang, et al, environ. sci. technol. 2010, 44, 4276–4281），但是，组成该微球的纳米片完全生长在一起，无法分离开来，并且球心处为实体结构。

3、掺杂碳、氟、氮、硫、钒、铁、镍等多种非金属元素或过渡金属可以提高其光催化活性，扩展其可见光响应范围。但目前为止，关于硫钒共掺杂的二氧化钛光催化剂还未见报道。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种硫钒共掺杂的钨酸铋可见光催化剂的制备方法，用工艺较简单的制备方法，制备催化降解效率高的硫钒共掺杂的钨酸铋可见光催化剂，拓宽其可见光响应范围。

2、本发明所述的硫钒共掺杂的钨酸铋光催化剂的制备方法，以钨酸钠、硝酸铋、硫脲、柠檬酸、偏钒酸铵、尿素为原料，制备硫钒共掺杂的二氧化钨酸铋可见光催化剂，包括如下步骤：

3、（1）将0.05克尿素溶于去离子水中搅拌溶解，加入一定量的硝酸铋和钨酸钠，搅拌至澄清，为a溶液。

4、（2）在去离子水中配置一定浓度的硫脲和柠檬酸水溶液为硫源。在去离子水中配置一定浓度的偏钒酸铵和草酸水溶液为钒源。

5、（3）硫源和钒源混合后逐滴滴加到a溶液中，搅拌至溶液变为溶胶。

6、（4）将溶胶转移到反应釜中，于180℃水热处理20小时冷却后，离心分离产品，并用去离子水及无水乙醇交替洗涤三次，80℃烘干。得到样品s/v-bwo。

7、在本发明的一个优选的技术方案中，硝酸铋与钨酸钠的摩尔比为2:1，所述的硫脲和柠檬酸水溶液为硫源；硫脲和bwo的摩尔比为：1:100～1:5。

8、在本发明的另一个优选的技术方案中配置偏钒酸铵和草酸水溶液为钒源；偏钒酸铵和bwo的摩尔比为1:100～1:20。

9、在本发明的另一个优选的技术方案中，先进行硫源和钒源的混合，再逐滴滴加到钨源中。

10、该催化剂用尿素辅助水热法，以钨酸钠、硝酸铋、硫脲、柠檬酸、偏钒酸铵、尿素为原料，配置一定浓度的硫脲和柠檬酸水溶液为硫源；配置一定浓度的偏钒酸铵水溶液为钒源。硝酸铋与钨酸钠的摩尔比为2:1，硫脲和钨酸铋（bwo）的摩尔比为1:100～1:5，偏钒酸铵和钨酸铋（bwo）的摩尔比为1:100～1:20；硫源和钒源混合后逐滴滴加到硝酸铋溶液中，搅拌20分钟后，转移至水热釜中，将水热釜置于180℃鼓风烘箱中水热处理20小时冷却后，离心分离产品，并用去离子水及无水乙醇交替洗涤三次，80℃烘干，得到硫钒共掺的bwo可见光催化剂。本方法通过一步水热处理得到钨酸铋纳米片组成的花簇，工艺简单，对设备要求低，制备的复合光催化剂在可见光条件下有较强响应，在污染治理、环境保护、新能源制备等领域都有较高的应用价值。

11、硫钒共掺杂的钨酸铋可见光催化剂性能评价在石英玻璃管中进行，评价物为40mg/l活性蓝染料溶液，光催化剂用量为1mg/ml，悬浊液搅拌1h。将悬浊液暴露于氙灯下，滤过紫外光进行光催化降解300min后，悬浊液以12000rpm为转速，离心10min。利用分光光度计测定上清液中活性蓝浓度，计算得出活性蓝光催化降解率。

技术特征：

1.一种硫钒共掺杂的二氧化钨酸铋可见光催化剂的制备方法，其特征在于以钨酸钠、硝酸铋、硫脲、柠檬酸、偏钒酸铵、尿素为原料，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述硫钒共掺杂的二氧化钨酸铋可见光催化剂的制备方法，其特征在于，按如下步骤制备：

3.根据权利要求1所述硫钒共掺杂的二氧化钨酸铋可见光催化剂的制备方法，其特征在于，按如下步骤制备：

4.根据权利要求1所述硫钒共掺杂的二氧化钨酸铋可见光催化剂的制备方法，其特征在于，按如下步骤制备：

5.根据权利要求1所述硫钒共掺杂的二氧化钨酸铋可见光催化剂的制备方法，其特征在于，按如下步骤制备：

6.根据权利要求1所述硫钒共掺杂的二氧化钨酸铋可见光催化剂的制备方法，其特征在于，按如下步骤制备：

技术总结
本发明涉及一种硫钒共掺杂的二氧化钨酸铋可见光催化剂的制备方法，该催化剂用尿素辅助水热法，以钨酸钠、硝酸铋、硫脲、柠檬酸、偏钒酸铵、尿素为原料，配置一定浓度的硫脲和柠檬酸水溶液为硫源；配置一定浓度的偏钒酸铵水溶液为钒源。硫源和钒源混合后逐滴滴加到硝酸铋溶液中，搅拌后转移至水热釜中，将水热釜置于鼓风烘箱中水热处理冷却后离心分离产品，洗涤烘干得到硫钒共掺的BWO可见光催化剂。本方法通过一步水热处理得到钨酸铋纳米片组成的花簇，工艺简单，对设备要求低，制备的复合光催化剂在可见光条件下有较强响应，在污染治理、环境保护、新能源制备等领域都有较高的应用价值。

技术研发人员：林琳,邬淑红,陈超,吴晓燕,陈义军
受保护的技术使用者：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21