一種球狀鎢酸鉍負(fù)載氧化鉍?氧化鈦復(fù)合光催化劑及其制備方法與應(yīng)用與流程

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一種球狀鎢酸鉍負(fù)載氧化鉍?氧化鈦復(fù)合光催化劑及其制備方法與應(yīng)用與流程

本發(fā)明屬于催化劑領(lǐng)域，具體涉及一種球狀鎢酸鉍負(fù)載氧化鉍-氧化鈦復(fù)合光催化劑。

背景技術(shù)：

bi2wo6作為一種新型的可見光光催化劑，禁帶寬度為2.7ev左右，是一種潛在的可見光材料。kudo等利用bi2wo6催化劑光解水產(chǎn)生h2和o2，zou等發(fā)現(xiàn)bi2wo6在可見光條件下能夠有效礦化chcl3和ch3cho等有害物質(zhì)，而bi2wo6能吸收可見光與其結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。bi2wo6作為最簡單的層狀鈣鈦礦是由bi2o2²⁺和wo6^2-交替排列，wo6^2-形成正八面體的類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，導(dǎo)帶由w的5d軌道組成,價(jià)帶由bi的6s和o的2p軌道共同組成。由于bi的6s軌道能和o的2p軌道雜化，使催化劑的價(jià)帶電位升高，禁帶寬度減小，從而有助于提高催化劑的可見光催化活性。

tio2作為一種n型半導(dǎo)體材料，因其氧化能力強(qiáng)，毒性低，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定以及價(jià)格低廉，在有機(jī)污染物降解，表面自清潔和二氧化碳減少等方面已得到最為廣泛的應(yīng)用。然而tio2光催化劑自身也存在一定缺陷，如光催化反應(yīng)效率低，光生電子易與空穴復(fù)合，量子產(chǎn)率低；帶隙相對較寬(3.0~3.2ev)，只能被400nm以下的紫外光激發(fā)，利用極少部分的太陽能等。為此，研究人員著力于尋求各種方法，在保留tio2特性的同時(shí)，克服自身缺點(diǎn)。研究人員通過對tio2進(jìn)行過渡金屬離子摻雜、貴金屬表面沉積、半導(dǎo)體復(fù)合、非金屬摻雜及共摻雜等操作，改善了tio2催化劑對可見光的利用率，其中由于bi2o3的光敏效應(yīng)窄能隙，摻雜有bi2o3的tio2已被證明是一種在可見光照射下獲得顯著光催化活性的有效方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種具有較高催化氧化活性的新型光催化劑。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種球狀鎢酸鉍(bi2wo6)負(fù)載氧化鉍(bi2o3)-氧化鈦(tio2)復(fù)合光催化劑，該復(fù)合光催化劑為球狀，以鎢酸鉍為載體，其上負(fù)載摻雜有氧化鉍的氧化鈦；鎢酸鉍、氧化鉍、氧化鈦的物質(zhì)的量比為3-48:6:68，優(yōu)選物質(zhì)的量比為3-24:6:68，最佳物質(zhì)的量比為6:6:68。

本發(fā)明還提供了上述復(fù)合光催化劑的制備方法：將無水乙醇和冰醋酸混合，并加入硝酸鉍固體，攪拌溶解形成溶液c，將丙三醇和鈦酸四丁酯混合組成溶液d，再將溶液c直接滴加至溶液d中，邊滴定邊攪拌，滴加完成后加入花狀bi2wo6粉末，經(jīng)超聲和靜置處理直至形成凝膠，再將該凝膠烘干研磨，并焙燒制得所述球狀bi2wo6/bi2o3-tio2復(fù)合光催化劑；所述無水乙醇、丙三醇、冰醋酸和鈦酸四丁酯體積比為5:5:1:2，鈦酸四丁酯、硝酸鉍和花狀bi2wo6物質(zhì)的量比為68:12:3-48，優(yōu)選物質(zhì)的量比為68:12:3-24。

具體步驟如下：

(一)花狀bi2wo6的制備

步驟1：將硝酸鉍固體溶于的硝酸溶液中，磁力攪拌至形成透明溶液a；再將鎢酸鈉固體溶于氫氧化鈉溶液中，磁力攪拌至形成透明溶液b，再將溶液a緩慢滴加至溶液b中，產(chǎn)生白色沉淀物，以形成懸濁液，待滴加完畢后繼續(xù)超聲30min，滴加堿性溶液調(diào)節(jié)ph至6.0，并將該懸濁液轉(zhuǎn)移至不銹鋼反應(yīng)釜中進(jìn)行，加蒸餾水至聚四氟乙烯內(nèi)膽體積的80%，并經(jīng)一定溫度的水熱處理，熱處理結(jié)束后，自然冷卻，抽濾洗滌，干燥研磨制得花狀bi2wo6粉末。

步驟1中硝酸溶液濃度為4.0mol/l，氫氧化鈉溶液濃度為2.0mol/l，所述堿性溶液為氨水溶液，濃度為4.0mol/l，所述硝酸鉍與鎢酸鈉的物質(zhì)的量比為2:1；水熱溫度為160~180℃、24h保溫；干燥溫度為80℃、6h；

(二)球狀bi2wo6/bi2o3-tio2復(fù)合光催化劑的制備

步驟2：將無水乙醇和冰醋酸混合，并加入少量硝酸鉍固體，攪拌溶解形成溶液c，將丙三醇和鈦酸四丁酯混合組成溶液d，再將溶液c直接滴入溶液d中，邊滴定邊攪拌，滴加完成后加入一定量步驟1中所制花狀bi2wo6粉末，經(jīng)超聲和靜置處理直至形成溶膠-凝膠，再將該凝膠烘干研磨以及焙燒制得球狀bi2wo6/bi2o3-tio2復(fù)合光催化劑。

步驟2中無水乙醇、丙三醇、冰醋酸和鈦酸四丁酯體積比為5:5:1:2，鈦酸四丁酯、硝酸鉍和花狀bi2wo6物質(zhì)的量比為68:12:3-48，即所得樣品中bi2wo6/bi2o3-tio2質(zhì)量比為0.25-4：1，優(yōu)選鈦酸四丁酯、硝酸鉍和花狀bi2wo6物質(zhì)的量比為68:12:3-24，即所得樣品中bi2wo6/bi2o3-tio2質(zhì)量比為0.25-2:1，鈦酸四丁酯、硝酸鉍和花狀bi2wo6物質(zhì)的量比最佳為68:12:6，即所得樣品中bi2wo6/bi2o3-tio2質(zhì)量比為0.5:1。干燥溫度為80℃、6h，煅燒溫度為450~550℃、9h。

本發(fā)明還提供了上述復(fù)合光催化劑在降解空氣中有機(jī)污染物方面的應(yīng)用，尤其在降解室內(nèi)空氣中甲醛方面的應(yīng)用。

本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明制備得到的復(fù)合光催化劑為球狀結(jié)構(gòu)，具有比表面積大、催化氧化活性高、性能穩(wěn)定、重復(fù)性好、產(chǎn)量高、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，可在普通節(jié)能燈照射下催化降解室內(nèi)甲醛至我國居室空氣甲醛最高容許濃度以下，具有顯著的催化氧化活性。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證0.4g催化劑在36w普通節(jié)能燈照射下，36h可將反應(yīng)器體積為0.2m³，濃度為1.033mg/m³甲醛降至0.080mg/m³以下，達(dá)到室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（gb/t18883-2002），催化轉(zhuǎn)化率達(dá)到92.2%。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的花狀bi2wo6光催化劑的掃描電鏡圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2制備的球狀bi2wo6/bi2o3-tio2復(fù)合光催化劑掃描電鏡圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例2制備的球狀bi2wo6/bi2o3-tio2復(fù)合光催化劑催化氧化甲醛活性圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例1

步驟1：花狀bi2wo6的制備

將2.42g硝酸鉍固體溶于的20ml，4.0mol/lhno3溶液中，磁力攪拌至形成透明溶液a；再將0.82g鎢酸鈉固體溶于30ml，2.0mol/lnaoh溶液中，磁力攪拌至形成透明溶液b，再將溶液a緩慢滴加至溶液b中，產(chǎn)生白色沉淀物，以形成懸濁液，待滴加完畢后繼續(xù)攪拌30min，滴加4.0mol/l氨水堿溶液調(diào)節(jié)ph至6.0，并將該懸濁液轉(zhuǎn)移至不銹鋼反應(yīng)釜中進(jìn)行，加蒸餾水至聚四氟乙烯內(nèi)膽體積的80%，并經(jīng)160℃、24h的水熱處理，熱處理結(jié)束后，自然冷卻，抽濾洗滌，80℃、6h干燥，并研磨制得花狀bi2wo6粉末，其花狀bi2wo6掃描電鏡圖如圖1所示。