專利名稱：一種新型鎢酸錳光催化劑的制備方法及應用的制作方法
一種新型鎢酸錳光催化劑的制備方法及應用技術領域：
本發(fā)明涉及一種納米級光催化劑的制備方法。
背景技術：
環(huán)境污染問題已成為目前制約社會發(fā)展的嚴重障礙。尤其是工業(yè)污水中的有機污染物如多環(huán)芳烴、酚類、氯苯類等，難以進行生物降解，具有生物累積性和極強的致毒性，對生態(tài)環(huán)境的危害難以估量。利用光催化降解反應來處理廢水中的有機污染物，是治理水體污染的一條有效途徑。這項新型的污染治理技術具有降解徹底、能耗低、操作簡便、降解條件溫和等優(yōu)勢，在光催化劑的輔助下，可將有機污染物完全轉化為無機小分子，滿足日益提高的污水排放標準。近年來研究者嘗試制備了多種光催化劑對廢水中的有機污染物進行光降解實驗，研究結果證實多種具有光催化氧化作用的納米級光催化劑如Ti02、Zn0、CdS等，對有機物的降解過程可起到優(yōu)異的催化性能。鈉米級光催化劑的光電催化性能與其粒徑和結構之間具有直接的關系，因此采用適當?shù)暮铣煞椒ㄕ{控最終產物的結構和形貌成為納米合成領域的研究熱點之一。報道顯示鎢酸鹽簡單的納米結構如納米顆粒、納米棒、納米片等可以通過軟化學方法有效制備，然而分等級結構尤其是三維分等級結構的制備報道卻很少。三維分等級結構的組成機元保持在納米尺度范圍內，具有高的光催化效率，同時其較大的尺寸有利于光催化劑的回收利用。因此，制備三維分等級結構的光催化劑對于其推廣應用具有現(xiàn)實意義。本發(fā)明的目的是提供一種制備流程簡單可控、熱穩(wěn)定性高的鎢酸錳光催化劑的制備方法。此類催化劑的形貌為由納米薄片分層次組合成的花瓣狀結構，此類光催化劑具有良好的光催化降解活性，其特殊的三維分等級結構也有利于光催化劑的回收再利用過程。
發(fā)明內容本發(fā)明提供一種制備過程簡單可控、具有三維分等級花瓣狀結構、光催化性能良好的鎢酸錳光催化劑。本發(fā)明中的鎢酸錳光催化劑是通過以下步驟制備的:——a向含有1.0mmol MnCl2.4H20的50ml水溶液中加入Ig PEG2000，劇烈攪拌
直至得到均勻澄清的溶液；-b 向溶液中加入 50ml 含 1.0mmol Na2WO4.2H20 水溶液；— c將溶液轉置入超聲波粉碎機中超聲半小時(設置為超聲5秒，間歇15秒)，合成過程中利用冷卻系統(tǒng)將體系溫度保持在323K以下；—d將反應液高速離心得到沉淀，利用無水乙醇和去離子水反復清洗沉淀，在60°C下干燥4小時，可得鎢酸錳樣品。本發(fā)明利用超聲法合成鎢酸錳光催化劑。當反應液受到高強度的超聲波照射時，在低壓時溶液中會形成氣穴，然后在高壓時氣穴發(fā)生塌陷。氣穴所釋放的能量能顯著提高反應速率，可保證得到的產物具有良好的結晶度，同時又可以有效控制納米粒子的粒徑和分散度。X射線衍射譜圖顯示得到的產品為單斜晶系鎢錳礦結構，樣品的晶型良好，這說明超聲過程提供的能量可在較低的反應溫度條件下保證樣品晶型的完整，超聲波的利用可有效縮短反應時間，反應過程簡單可控，同時超聲波提供的較高能量也有利于特殊形貌的產生。利用掃描電子顯微鏡我們可以觀察到鎢酸錳樣品形貌非常規(guī)則，表現(xiàn)為由多片納米薄片分層次組合成的花瓣狀，樣品形貌均一，沒有發(fā)現(xiàn)其它形貌存在。花瓣狀結構是由很多二維薄片結合在一起形成的多層結構。這些薄片的直徑在200-400nm，厚度為10_30nm，采用邊-邊結合的方式形成花狀結構。這種分等級的花瓣狀結構在溶液中經(jīng)長時間超聲仍能夠保持其結構完整，不會被破壞變成分散的納米片。利用此種超聲法合成的鎢酸錳樣品具有特殊的三維分等級花瓣狀結構，一方面是由于超聲源所提供的局部超高能量，表面活性劑聚乙二醇的加入也對此種形貌的產生至關重要。在反應過程中聚乙二醇分子吸附在鎢酸錳顆粒表面形成了一層大分子親水保護膜，其分子鏈較長，形成的保護膜空間位阻作用較大，同時聚乙二醇分子的碳氫長鏈對鎢酸錳側面具有一定的穩(wěn)定作用，于是在超聲波作用下形成了片狀的多層結構。此類三維分等級的鎢酸錳納米結構由許多納米薄片分層次組合成的花瓣狀結構構成的，具有超高的比表面積，在光降解過程中其表面染料的吸附量更高，增加了其表面的光生電子/空穴與染料分子相互作用的幾率，從而具有更高的光催化活性。光降解實驗顯示此類鎢酸錳樣品具有比鎢酸鉍樣品更優(yōu)異的光催化活性，可有效降解羅丹明B染料。同時具有良好的熱穩(wěn)定性，多次回收和超聲分散過程仍不會破壞其三維分等級結構，光催化性能也無明顯衰減。本發(fā)明的優(yōu)點及效果:1、本發(fā)明利用超聲法合成鎢酸錳光催化劑，具有反應時間短、反應條件簡單可控的優(yōu)勢，制備得到的產物具有較高的比表面積、良好的結晶度和特殊的三維分等級花瓣狀結構。2、本發(fā)明利用制備的鎢酸錳作為光催化劑，可有效降解羅丹明B染料的水溶液，在回收過程中仍可有效保留其三維分等級結構。

圖1、MnffO4樣品的掃描電鏡照片；圖2、羅丹明B水溶液的吸收光譜隨時間的變化趨勢(插圖為以羅丹明B水溶液作為污染水體系模型來評價本發(fā)明所制備的鎢酸錳光催化劑的光催化性能曲線)。
具體實施方式向含有1.0mmol MnCl2.4H20的50ml水溶液中加入Ig PEG2000,劇烈攪拌直至得到均勻澄清的溶液；向溶液中加入50ml含1.0mmol Na2WO4.2H20水溶液；將溶液轉置入超聲波粉碎機中超聲半小時(設置為超聲5秒，間歇 15秒)，合成過程中利用冷卻系統(tǒng)將體系溫度保持在323K以下；將反應液高速離心得到沉淀，利用無水乙醇和去離子水反復清洗沉淀，在60 V下干燥4小時，可得鎢酸錳樣品。
權利要求
1.一種鎢酸錳光催化劑，其特征在于此光催化劑是通過以下步驟制備的: ——a向含有1.0mmol MnCl2.4H20的50ml水溶液中加入Ig PEG2000，劇烈攪拌直至得到均勻澄清的溶液； -b向溶液中加入50ml含1.0mmol Na2WO4.2H20水溶液； ——c將溶液轉置入超聲波粉碎機中超聲半小時(設置為超聲5秒，間歇15秒)，合成過程中利用冷卻系統(tǒng)將體系溫度保持在323K以下； —d將反應液高速離心得到沉淀，利用無水乙醇和去離子水反復清洗沉淀，在60°C下干燥4小時，可得鎢酸錳樣品。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鎢酸錳光催化劑的制備方法。此類光催化劑的制備過程利用超聲合成法，得到了具有三維分等級結構的納米級光催化劑。此類催化劑晶型完整，熱穩(wěn)定性高，具有良好的光催化降解活性，合成時間短，制備流程簡單可控，其特殊的三維分等級結構也有利于光催化劑的回收再利用過程。
文檔編號B01J23/34GK103157462SQ201310085048
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月5日 優(yōu)先權日2013年3月5日
發(fā)明者郭金學, 張曉 申請人:青島科技大學