[发明专利]一种钨酸银光催化剂的常温离子交换制备方法

说明书

本发明公开了一种Ag₂WO₄光催化剂的常温离子交换制备方法。它是以AgNO₃作为盐源，巧妙利用Na₂WO₄既可以提供WO₄^2‑离子，又因水解产生碱性OH^‑的双重作用，通过调节AgNO₃和Na₂WO₄的原料摩尔比，从而改变Ag₂WO₄样品的晶相纯度、形貌、微观结构以及光催化活性。结果表明：相比于原料配比为等化学计量比时所得样品，AgNO₃和Na₂WO₄的摩尔配比在1:0.25‑1:5的范围内，产物光催化降解有机污染物的性能均明显提高。其中化学计量比为1:4时所得Ag₂WO₄的光催化性能最佳，与用等化学计量比原料所获得的样品相比，其准一级动力学速率常数k高达其21.8倍。机理分析表明该Ag₂WO₄纳米棒簇的吸光范围有所红移，意味着对太阳能的利用率得到增加；同时荧光强度有所降低，说明载流子的分离效率得到了提高。

技术领域

本发明属于水体污染保护技术领域，涉及工业废水的处理技术，更具体地说是一种高性能Ag₂WO₄（钨酸银）光催化剂离子交换制备的方法。

背景技术

近年来，环境中存在的有毒有机污染物，如工业染料和酚类，对生态系统和人类健康构成了严重威胁。与传统的电化学降解、生物降解及吸附等方法相比，半导体光催化技术由于操作方便、利用太阳能、效率高、环境友好等优点受到科研工作者的广泛关注。该技术的关键和挑战因素是探索具有可见光响应和高降解效率的光催化剂。

在各种半导体中，含银复合氧化光催化剂Ag₂CO₃，Ag₂CrO₄, AgVO₃和Ag₃PO₄等因可以引发有机物发生降解而备受关注。作为含Ag化合物之一，Ag₂WO₄（AWO）也表现出潜在的光催化性能。通常，AWO具有三种不同类型的晶体结构，即分别为α，β和γ构型。其中，α-Ag₂WO₄在热力学上是最稳定的晶相，因此作为光催化剂具有最为广阔的应用前景。

然而，α-Ag₂WO₄的光吸收范围相对较窄，并且电子和空穴的复合速率较快。为了提高AWO光催化剂的性能，人们在构建复合光催化剂方面付出了诸多努力，包括与氧化物如Fe₃O₄、WO₃，硫化物Ag₂S，卤化物Ag/AgCl，贵金属Ag以及碳材料g-C3N4等的复合。然而复合光催化剂的制备通常为多步骤，因过程繁琐、成本较高而不利于大规模生产。而且，另一种材料的引入会给AWO晶体引入缺陷，这可能会成为光生电子和空穴的复合中心。迄今为止，研究单一体系的α-Ag₂WO₄光催化剂，扩大其光捕获范围或抑制其载流子复合的报导较少。仅有研究者通过在液体激光照射下对AWO商用粉末进行重结晶，实现了AWO的电子结构重组，从而通过在电子结构中引入中间能级，对有机物表现出良好的可见光催化活性。然而，激光仪器价格昂贵、能源消耗高，因此并不适合广泛应用。