[发明专利]一种钨酸铋纳米光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光催化技术领域，具体涉及钨酸铋纳米光催化剂及其制备方法。

背景技术

纳米光催化技术试图利用广泛存在的太阳能实现水分解，从而实现空气或水体中污染物(NO_x，NH₃，VOCs，有机染料等)的净化目的，还可实现将二氧化碳还原转化为有机能源等目的。

高效光催化剂的开发和制备是光催化技术的关键。目前，已获得大规模生产、应用的光催化剂为二氧化钛纳米颗粒，该催化剂仅能利用波长小于385nm的紫外光，对太阳能利用较低。现有技术中还报道了一些提高可见光的利用效率的方法，如通过掺杂非金属或过渡金属离子、表面燃料敏化、或修饰具有表面等离子体共振效应的贵金属纳米颗粒等，这些方法制得的催化剂体系不稳定、生产成本高且难以规模化生产。

因此，开发新型可见光响应催化剂也是当前光催化领域的研究热点。钨酸铋作为一种具有层状结构的可见光催化剂，近年来在光催化领域受到较大的关注。在可见光照射下，其不仅能够完全降解罗丹明B、甲基橙等染料、有效去除空气中低浓度的甲苯等室内可挥发性污染物，还能够有效分解水产生氧气，将二氧化碳还原转化为甲醇或甲烷或一氧化碳等能源物质。

现有钨酸铋光催化剂的主要制备方法为高温固融法(温度达800-100度)和水热法，其中，高温固融法是将氧化钨和氧化铋在高温下混融得到钨酸铋，所得材料比表面积较小，且光催化性能较弱。水热法通常以硝酸铋和钨酸钠为前躯体，在100-200℃的水热条件下进行反应，用时10-72小时。在水热的过程中可通过控制水热温度和时间或添加一定的模板剂来改变样品的形貌，从而实现样品性能的调变。但是传统的稳态水热方法用时较长，限制了其生产的规模化和广泛的应用。

如，公布号为CN 102992406 A的中国专利文献公开了一种沿同一特定方向堆叠的钨酸铋纳米片及其制备方法。所述制备方法为在100-200℃下反应6-72小时的水热反应。再如，公布号为CN 104645973 A的中国专利文献公开了一种纳米钨酸铋的制备方法，所述制备方法特征在于将钨酸钠和硝酸铋溶液混合得到微弱液并调节pH后进行水热反应。以上两种制备方法较为相似，均采用的是稳态水热方法，样品制备耗时较长，步骤繁琐，生产效率受到一定的限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单快速、重复性好、产率高的钨酸铋纳米光催化剂的制备方法，且所得样品具有良好的结晶度和可见光催化活性。

一种钨酸铋纳米光催化剂的制备方法，将铋源、钨源和临界水混合，固液分离，固体部分干燥后得到钨酸铋纳米光催化剂

本发明中，将铋源和钨源与临界水同时瞬间混合，得到含产物(钨酸铋纳米光催化剂)的悬浊液，将所得悬浊液进行固液分离，固体部分干燥后得到钨酸铋纳米光催化剂。本发明是将铋源和钨源在临界水的条件下短时间混合制备钨酸铋纳米光催化剂，操作简单，重复性好、产率高，且反应时间比现有技术大大缩短。

作为优选，将铋源和钨源预先混合后与临界水对冲；或将铋源和钨源分别同时与临界水对冲，获得悬浮液，经固液分离，固体部分干燥后得到钨酸铋纳米光催化剂。

所述临界水为温度范围在200～500℃，压力范围在5～30MPa的水。其具有较强的传质传热作用和较强的氧化性，有助于钨酸铋的快速成核和生长。

所述的钨源为钨酸盐的水溶液，其中，钨酸根的摩尔浓度为0.01-0.1mol/L。

作为优选，所述钨源为钨酸钠、钨酸钾、偏钨酸铵的水溶液。

作为优选，所述钨源为钨酸钠和钨酸钾其中的一种或混合物的水溶液。

作为优选，所述钨酸盐的水溶液中选择性投加添加剂，所述添加剂为氢氧化钠、氨水、硫酸钠、硫酸铵和油胺中的一种或多种。

作为优选，所述的铋源为硝酸铋或硫酸铋溶于稀硝酸或稀硫酸形成的澄清溶液。

作为优选，所述的铋源中，铋离子浓度为0.01～1mol/L，其中，稀硝酸或稀硫酸浓度为0.1～1mol/L。

作为优选，钨源和铋源先混合，随后投加所述的临界水，钨源和铋源的混合过程中，钨酸根离子和铋离子的摩尔比为1:1～4。

作为优选，所述的钨源、铋源和临界水的体积比为1:1～2:2～5。

作为优选，所述的钨源、铋源和临界水混合反应的时间为2～10s。

在本发明的方法中，得到包含钨酸铋的悬浮液后，可以使用常规的固液分离方式处理悬浮液，以将所得的固体产物与溶液分离开，优选地，固液分离的方式为离心分离。