一種銅修飾紫鎢光催化劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于粉末冶金制備技術(shù)領(lǐng)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(shù)】
[0002]隨著能源與環(huán)境問題的日益嚴(yán)重，其中有機(jī)物對水資源的污染尤為突出，不僅影響著人類的健康，同時(shí)還需要消耗大量的能源消除該類污染物。因此，發(fā)展新材料利用光催化技術(shù)來解決污染成為了一種新的研宄方向。從日本Honda和Fujishima發(fā)現(xiàn)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，F(xiàn)e2O3等一系列半導(dǎo)體氧化物因?yàn)閹赌芰颗c太陽光不能很好匹配，因此在作為催化劑的時(shí)候需要進(jìn)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(fù)合半導(dǎo)體、與絕緣體復(fù)合、量子化等一系列方法。而開發(fā)一種光催化劑，其應(yīng)當(dāng)具有制作成本低，二次利用度高，性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，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(jié)構(gòu)，化學(xué)活性高、大濃度的氧缺陷結(jié)構(gòu)，且在紫外光中有著較高程度的吸收，同時(shí)，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(nèi)的響應(yīng)。因此，選擇用銅摻雜紫鎢作為光催化材料有著很好的應(yīng)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(huì)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(jī)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(dǎo)致混合均勻度不足?？傊?，目前制備摻雜氧化鎢光催化劑的這些方法中有些制備時(shí)間較長，有些方法存在粒徑大小和分布、孔隙結(jié)構(gòu)不均勻，有些制備催化劑成本較高等問題。因此，需要開發(fā)新的低成本、高效率的光催化劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)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(fā)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(diǎn)，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(fā)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(qū)體制備:將步驟2得到的水溶液加熱，隨著水溶液的揮發(fā)，溶液在發(fā)生濃縮后鼓泡，放出大量的氣體，在幾十秒鐘內(nèi)發(fā)生劇烈氧化還原反應(yīng)，生成前驅(qū)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(fā)明的優(yōu)點(diǎn)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(guī)?；a(chǎn)。
[0013]2、可以通過控制原料的種類及配比，控制前驅(qū)體制備的反應(yīng)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(shí)現(xiàn)反應(yīng)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(jié)構(gòu)。
[0015]4、本發(fā)明反應(yīng)過程中產(chǎn)生大量氣體，有效的控制了反應(yīng)過程中反應(yīng)物與氧氣的接觸，對生成紫鎢有著重要作用。
[0016]5、由于本發(fā)明中銅含量較低，確保了銅離子進(jìn)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(fù)合。在合適的濃度下，達(dá)到最優(yōu)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(chǎn)物EDS能譜分析圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]實(shí)施例1
[0021]按照反應(yīng)計(jì)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(nèi)發(fā)生劇烈氧化還原反應(yīng)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(jī)污染物(亞甲基藍(lán))降解完需要40min。
[0022]實(shí)施例2
[0023]按照反應(yīng)計(jì)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(nèi)發(fā)生劇烈氧化還原反應(yīng)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(jī)污染物(亞甲基藍(lán))降解完需要35min。
[0024]實(shí)施例3
[0025]按照反應(yīng)計(jì)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(nèi)發(fā)生劇烈氧化還原反應(yīng)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(jī)污染物(亞甲基藍(lán))降解完需要50min。
[0026]實(shí)施例4
[0027]按照反應(yīng)計(jì)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(nèi)發(fā)生劇烈氧化還原反應(yīng)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(jī)污染物(亞甲基藍(lán))降解完需要50min。
[0028]實(shí)施例5
[0029]按照反應(yīng)計(jì)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(nèi)發(fā)生劇烈氧化還原反應(yīng)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(jī)污染物(亞甲基藍(lán))降解完需要60min。
【主權(quán)項(xiàng)】
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(fā)，溶液在發(fā)生濃縮后鼓泡，放出大量的氣體，在幾十秒鐘內(nèi)發(fā)生劇烈氧化還原反應(yīng)，生成氧化物粉末。
2.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(chǎn)物為納米針狀粉末。
【專利摘要】本發(fā)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(jìn)入紫鎢的晶格中，引入缺陷位置，從而影響電子和空穴的復(fù)合，在合適的濃度下，達(dá)到最優(yōu)的催化效果。同時(shí)本發(fā)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(yīng)時(shí)間短，反應(yīng)引發(fā)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(fā)明解決了利用適當(dāng)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(xì)小，低成本、原料粉末利用率高、光催化效率高等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】B01J23-888
【公開號(hào)】CN104785275
【申請?zhí)枴緾N201510129107
【發(fā)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(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年3月23日