[发明专利]一种锰掺杂纳米钨酸铋催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及环境光催化技术领域，具体地，公开了一种锰掺杂纳米钨酸铋催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会经济的快速发展，工业化、城市化进程不断加快，大量污染物进入湖泊、河流以及水库等自然水体，造成污染，导致水质急剧下降。水体各种有机污染物被普遍检出，严重影响水生生物和人体健康安全。因此，亟待寻求一套切实可行的技术方法解决水中有机污染物污染问题。

具有优良吸附和光催化性能的纳米材料是处理水中污染物的有效技术途径。前人利用纳米二氧化钛（TiO₂）、纳米氧化锌（ZnO）等催化剂在紫外光条件下实现了对水中有机污染物的高效去除（有机染料、内分泌干扰物、抗生素等），去除的机理涉及紫外光激发下纳米材料表面生成的具有强氧化还原能力的电子-电穴对。然而传统纳米材料（如TiO₂、ZnO等）的光响应范围相对较窄，通常只在紫外光作用下才具有高效的催化降解性能，实际应用过程中运行成本较高。因此，研发高效利用可见光的纳米催化剂显得尤为重要。

纳米钨酸铋（Bi₂WO₆）是具有类钙钛矿板WO₆的层状结构的典型奥里维斯氧化物（Aurivillius），其低毒、高效且性能稳定。同时由于Bi₂WO₆禁带宽度较窄，在可见光条件下即可高效去除水中有机污染物，其在水污染处理方面具有重要实用价值。然而现有Bi₂WO₆材料存在量子效率相对较低，可见光响应范围相对较窄，光生电子-空穴对易复合等问题，导致其对有机污染物的去除能力还不能达到实际应用的需求，因此需要进一步研发以获得应用价值较高的Bi₂WO₆材料。

金属掺杂可通过增加纳米材料可见光响应范围，减少其光生电子-空穴复合，以及调控其能带结构等方面提高纳米材料的光催化活性。目前国际上已报道了一些有关金属掺杂，如钼、锆、铜等掺杂提高Bi₂WO₆材料光催化性能的案例，但国内有关方面鲜有报道，尤其缺乏相关自主知识产权的积累。同时已报道的金属掺杂Bi₂WO₆材料也存在制备原料不易获得，制备程序较为复杂，制备成本相对较高等问题。因此，亟待研发具有自主知识产权，且制备材料易得、制备过程简单、制备成本低廉的高效可见光金属掺杂Bi₂WO₆材料。

发明内容

本发明为了克服现有技术的上述不足，提供一种具有可见光响应的锰掺杂纳米钨酸铋（Mn-Bi₂WO₆）催化剂。

本发明的另一个目的是提供一种具有可见光响应的锰掺杂纳米钨酸铋（Mn-Bi₂WO₆）光催化剂的制备方法，该制备方法原料易获得，制备过程简单，制备条件温和，易实施，同时制备的催化剂的比表面吸附能力大大提高。

本发明的另一个目的是提供锰掺杂纳米钨酸铋在可见光条件下降解有机染料中的应用。

为了实现上述目的，本发明是通过以下方案予以实现的：

一种锰掺杂纳米钨酸铋催化剂，催化剂中锰钨摩尔比为3:4~5:4。

优选地，所述锰掺杂纳米钨酸铋催化剂为正交相钨酸铋，粒径为10～30nm，比表面积为28.4～37.1m²/g，单点孔体积为0.06～0.1cm³/g。

一种锰掺杂纳米钨酸铋催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1) 利用Na₂WO₄·2H₂O配置1～2 mmol/L的钨酸钠水溶液；

(2)向钨酸钠水溶液中加入MnCl₂·4H₂O和Bi(NO₃)₃·5H₂O，反应制备获得锰掺杂纳米钨酸铋的前驱体，其中，Na₂WO₄·2H₂O、MnCl₂·4H₂O、Bi(NO₃)₃·5H₂O三者的摩尔比为2:3:4～2:5:4；