一種微波輔助製備高效可見光催化材料的方法
2023-05-18 11:15:16 1
專利名稱：一種微波輔助製備高效可見光催化材料的方法
技術領域：
本發明涉及一種製備光催化劑材料的方法，具體指一種微波輔助製備高效可見光催化材料的方法。
背景技術：
目前，世界正面臨越來越嚴峻的能源短缺和環境汙染問題。環境汙染的控制和治理成為人類社會面臨和亟待解決的重大課題。在眾多環境治理技術中，多相光催化過程以及室溫深度反應(即直接利用太陽光作為光源來活化催化劑以驅動氧化還原反應)，成為一種理想的環境汙染治理技術。該技術可以氧化分解有機物、還原重金屬離子，並具有淨化空氣、處理汙水、除臭、防腐、殺菌和自清潔多種功效。迄今為止，多相光催化研究無論是在理論還是在應用研究方面都取得了重要進展。光催化領域研究最多的是TiO2,然而TiA對可見光吸收效率低。為了提高它的光催化活性，一些研究者採取摻雜等方法來提高T^2對可見光的吸收效率。但是這些摻雜往往成為電子空穴的複合中心，反而降低T^2的光催化效率。因而這種摻雜材料在直接利用太陽能進行光催化、環境汙染治理方面受到很大限制。尋找新型高效、環境友好的光催化劑成為近年來光催化領域的研究熱點。目前國內對於新型可見光催化劑的研究包括&126勸4、11100!1、 Sr2Sb207、SnWO4等。其中SnWO4在可見光區域內有很強的吸收，故可以有效提高催化劑在可見光下的吸收效率和光催化活性。關於SnWO4的合成方法有固相法(見The Journal of Physical Chemistry C2009(113) :10647 10653)和水熱法(見 CN 101745381A)。然而無論是固相法還是水熱法，其合成條件都比較苛刻，對設備要求高，反應時間長，能耗高，所得催化劑可見光催化效率仍有待提高。與傳統合成工藝比較，微波輔助合成方法可以有效控制晶體生長的動力學參數， 在原子水平控制結晶成長過程。更主要的是，微波可以迅速對反應物加熱，使平時需要幾個小時甚至幾天才能完成的反應在幾分鐘內便能完成，有效提高了合成效率。用微波輔助方法合成的納米材料具有分散均勻、結晶度高、物理化學穩定性好等突出優點。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種微波輔助製備高效可見光催化材料 (α -SnffO4)的方法，本方法以氯化亞錫和鎢酸鈉為原料，微波輔助合成，工藝簡單，原料易得，耗時短，能耗低；產物在可見光下表現出很好的光催化活性，有望在有機物降解、環境保護、空氣淨化等領域得到重要的應用。本發明要解決的技術問題由如下方案來實現一種微波輔助製備高效可見光催化材料(Ci-SnWO4)的方法，製備方法為以下步驟1)取 SnCl2 · 2Η20 加入去離子水中，加入比例為 η (SnCl2 · 2Η20) V (H2O)= 0. 001 0. 003mol 20ml，溶解配置得到物質的量濃度為0. 05 0. 15mol/L的SnCl2水溶液；
2)取 Na2WO4 · 2H20 加入去離子水中，加入比例為 η (Na2WO4 · 2Η20) V (H2O)= 0. 001 0. 003mol 20ml，溶解配置得到物質的量濃度為0. 05 0. 15mol/L的Na2WO4的水溶液；3)將 SnCl2 與 Na2WO4 水溶液按照物質的量比為 η (SnCl2 ·2Η20) η (Na2WO4 ·2Η20) =1 1 3混合得到淡黃色沉澱混合物；4)向淡黃色沉澱混合物中逐滴滴加HCl溶液調節反應混合物PH值1 7 ；5)將上述pH值1 7的混合物放入單模微波合成系統中，在80 180°C溫度下反應1 120min後，冷卻至室溫；6)將反應所得沉澱用去離子水反覆洗滌3 5次，在60 100°C下乾燥2 6小時並用研缽研磨得到可見光催化劑。本發明具有以下優點1、通過控制反應物的pH值、溫度以及反應時間，可以得到不同晶體結構、晶粒尺寸及形貌的SnWO4光催化劑。2、與固相法及水熱法相比較，本發明耗時短，溫度低，能耗小，製備的光催化劑的可見光催化性能好。3、光催化劑具有正交結構，結晶性好，穩定性高，其吸收波長位於可見光區域。4、製備工藝簡單，操作易行，原料價廉易得，適合工業化生產；反應過程能耗低，屬於綠色環保、高效產業。
圖1為本發明的光催化劑α -SnffO(a-80°C樣品；b_180°C樣品)圖2為本發明的光催化劑α -SnffO(a-80°C樣品；b_180°C樣品)圖3為本發明的光催化劑α -SnffO(a-80°C樣品；b_180°C樣品)
具體實施例方式實施例1 稱取 0. OOlmol 的 SnCl2 · 2H20 與 0. OOlmol 的 Na2WO4 · 2H20 分別加到 20ml去離子水中溶解，之後將Na2WO4緩慢滴加到SnCl2溶液中得到淡黃色沉澱；向含有淡黃色沉澱的混合物中滴加HCl溶液調節反應物的pH在3 ；將上述混合物放入單模微波合成系統，在80°C下反應IOmin後，冷卻至室溫；將反應後得到的沉澱洗滌、過濾、乾燥並研磨得到樣品。稱取0. 025g上述催化劑加到50ml濃度為20mmol/L的亞甲基橙溶液中，暗反應 90min到達吸附脫附平衡後，用Hg燈(300W)照射。光源與反應物距離為10cm，以透過波長大於420nm的濾光片遮擋在甲基橙與Hg燈中間，用紫外分光光度計測量樣品不同時間下的吸光度，觀察樣品對甲基橙的降解效率。所得樣品的XRD圖(測試條件為電壓40kV，電流40mA，掃描速度1 ° /min)表明 樣品結晶不完全，晶粒尺寸較小(< 2nm)(見圖la)。所得樣品的紫外吸收光譜圖表明該催化劑在200 450nm區有吸收(見圖2a)。
4的XRD4的紫外可見吸收光譜圖； 4的甲基橙降解效果圖。
所得樣品對甲基橙的降解效果圖表明當催化反應進行到45min時，甲基橙降解效率為12% (見圖3a)。實施例2 稱取 0. OOlmol 的 SnCl2 · 2H20 與 0. OOlmol 的 Na2WO4 · 2H20 分別加到 20ml去離子水中溶解，之後將Na2WO4緩慢滴加到SnCl2溶液中得到淡黃色沉澱；向含有淡黃色沉澱的混合物中滴加HCl溶液調節反應物的pH在3 ；將上述混合物放入單模微波合成系統，在180°C下反應IOmin後，冷卻至室溫；將反應後得到的沉澱洗滌、過濾、乾燥並研磨得到樣品。稱取0. 025g上述催化劑加到50ml濃度為20mmol/L的亞甲基橙溶液中，暗反應 90min到達吸附脫附平衡後，用Hg燈(300W)照射。光源與反應物距離為10cm，以透過波長大於420nm的濾光片遮擋在甲基橙與Hg燈中間，用紫外分光光度計測量樣品不同時間下的吸光度，觀察樣品對甲基橙的降解效率。所得樣品的XRD圖(測試條件為電壓40kV，電流40mA，掃描速度1 ° /min)表明 樣品結晶較完全，晶粒尺寸較小約為7. 4nm(見圖lb)。所得樣品的紫外吸收光譜圖表明該催化劑材料在200 600nm區有較強吸收 (見圖2b)。所得樣品對甲基橙的降解效果圖表明當催化反應進行到45min時，甲基橙降解效率已達到100% (見圖北)。實施例3 稱取 0. OOlmol 的 SnCl2 · 2H20 與 0. OOlmol 的 Na2WO4 · 2H20 分別加到 20ml去離子水中溶解，之後將Na2WO4緩慢滴加到SnCl2溶液中得到淡黃色沉澱；向含有淡黃色沉澱的混合物中滴加HCl溶液調節反應物的pH在3 ；將上述混合物放入單模微波合成系統，在180°C下反應120min後，冷卻至室溫；將反應後得到的沉澱洗滌、過濾、乾燥並研磨得到樣品。稱取0. 025g上述催化劑加到50ml濃度為20mmol/L的亞甲基橙溶液中，暗反應 90min到達吸附脫附平衡後，用Hg燈(300W)照射。光源與反應物距離為10cm，以透過波長大於420nm的濾光片遮擋在甲基橙與Hg燈中間，用紫外分光光度計測量樣品不同時間下的吸光度，觀察樣品對甲基橙的降解效率。實施例4 稱取 0. OOlmol 的 SnCl2 · 2H20 與 0. OOlmol 的 Na2WO4 · 2H20 分別加到 20ml去離子水中溶解，之後將Na2WO4緩慢滴加到SnCl2溶液中得到淡黃色沉澱；向含有淡黃色沉澱的混合物中滴加HCl溶液調節反應物的pH在7 ；將上述混合物放入單模微波合成系統，在180°C下反應IOmin後，冷卻至室溫；將反應後得到的沉澱洗滌、過濾、乾燥並研磨得到樣品。稱取0. 025g上述催化劑加到50ml濃度為20mmol/L的亞甲基橙溶液中，暗反應 90min到達吸附脫附平衡後，用Hg燈(300W)照射。光源與反應物距離為10cm，以透過波長大於420nm的濾光片遮擋在甲基橙與Hg燈中間，用紫外分光光度計測量樣品不同時間下的吸光度，觀察樣品對甲基橙的降解效率。實施例5 稱取 0. OOlmol 的 SnCl2 · 2H20 與 0. OOlmol 的 Na2WO4 · 2H20 分別加到 20ml去離子水中溶解，之後將Na2WO4緩慢滴加到SnCl2溶液中得到淡黃色沉澱；向含有淡黃色沉澱的混合物中滴加HCl溶液調節反應物的pH在7 ；將上述混合物放入單模微波合成系統，在180°C下反應120min後，冷卻至室溫；將反應後得到的沉澱洗滌、過濾、乾燥並研磨得到樣品。稱取0. 025g上述催化劑加到50ml濃度為20mmol/L的亞甲基橙溶液中，暗反應 90min到達吸附脫附平衡後，用Hg燈(300W)照射。光源與反應物距離為10cm，以透過波長大於420nm的濾光片遮擋在甲基橙與Hg燈中間，用紫外分光光度計測量樣品不同時間下的吸光度，觀察樣品對甲基橙的降解效率。實施例 6 稱取 0. OOlmol 的 SnCl2 · 2H20 與 0. 003mol 的 Na2WO4 · 2H20 分別加到 20ml去離子水中溶解，之後將Na2WO4緩慢滴加到SnCl2溶液中得到淡黃色沉澱；向含有淡黃色沉澱的混合物中滴加HCl溶液調節反應物的pH在3 ；將上述混合物放入單模微波合成系統，在180°C下反應IOmin後，冷卻至室溫；將反應後得到的沉澱洗滌、過濾、乾燥並研磨得到樣品。稱取0. 025g上述催化劑加到50ml濃度為20mmol/L的亞甲基橙溶液中，暗反應 90min到達吸附脫附平衡後，用Hg燈(300W)照射。光源與反應物距離為10cm，以透過波長大於420nm的濾光片遮擋在甲基橙與Hg燈中間，用紫外分光光度計測量樣品不同時間下的吸光度，觀察樣品對甲基橙的降解效率。
權利要求
1. 一種微波輔助製備高效可見光催化材料的方法，其特徵在於製備方法為以下步驟1)取SnCl2· 2H20加入去離子水中，加入比例為η (SnCl2 · 2Η20) V(H2O) = 0. 001 0. 003mol 20ml，溶解配置得到物質的量濃度為0. 05 0. 15mol/L的SnCl2水溶液；2)取Na2WO4·2Η20加入去離子水中，加入比例為η (Na2TO4 ·2Η20) V(H2O) = 0. 001 0. 003mol 20ml，溶解配置得到物質的量濃度為0. 05 0. 15mol/L的Na2WO4的水溶液；3)將SnCl2 與 Na2WO4 水溶液按照物質的量比為 η(SnCl2 · 2Η20) η(Na2WO4 · 2Η20)= 11 3混合得到淡黃色沉澱混合物；4)向淡黃色沉澱混合物中逐滴滴加HCl溶液調節反應混合物pH值1 7；5)將上述pH值1 7的混合物放入單模微波合成系統中，在80 180°C溫度下反應 1 120min後，冷卻至室溫；6)將反應所得沉澱用去離子水反覆洗滌3 5次，在60 100°C下乾燥2 6小時並用研缽研磨得到可見光催化劑。
全文摘要
本發明公開了一種微波輔助製備高效可見光催化材料的方法，本方法以氯化亞錫和鎢酸鈉為原料在微波輔助條件下製得。步驟是將SnCl2·2H2O與Na2WO4·2H2O的水溶液按比例混合，充分攪拌得到淡黃色沉澱，滴加HCl溶液調節反應物的pH值在1～7；之後將含有沉澱的反應混合物放入單模微波合成系統中80～180℃下反應1～120min，然後冷卻至室溫，沉澱經洗滌、過濾、乾燥、研磨即得到產物α-SnWO4。本發明中使用微波輔助方法可以使反應混合物均勻分散，同時有效控制催化劑的晶粒尺寸、增大其比表面積，並能提高催化劑的結晶度，有效增強催化劑的可見光催化活性。本方法製備工藝簡單，原料價廉易得，反應時間短、能耗低且環保高效。
文檔編號B01J23/30GK102266766SQ20111014011
公開日2011年12月7日 申請日期2011年5月17日 優先權日2011年5月17日
發明者杜春芳, 王曉晶, 班嶽, 蘇毅國, 韓慧 申請人:內蒙古大學