[发明专利]一种钨酸铋/CNFs复合光催化材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种钨酸铋/碳纳米纤维（CNFs）复合光催化材料的制备方法，该钨酸铋/CNFs复合光催化材料以CNFs薄膜为载体，Bi₂WO₆纳米花或纳米片负载于CNFs表面上；通过静电纺丝获得无定型结构的高聚物并经热处理制成CNFs薄膜，再与钨酸盐和铋盐通过溶剂热反应制得最终产物。此复合材料不但有利于提高单一Bi₂WO₆的光催化活性，而且方便回收使用且Bi₂WO₆纳米粒子不易脱落并可降低光催化剂的生产成本，对环境污染物的降解具有重要的应用价值。

技术领域

本发明具体涉及一种钨酸铋/CNFs复合光催化材料的制备方法，属于光催化剂制造技术领域。

背景技术

近年来，基于太阳光利用的光催化技术在环境污染治理领域显现出巨大的应用前景。传统的二氧化钛（TiO₂）光催化剂以其高活性、无毒和抗光腐蚀性等特点而备受青睐。然而，由于TiO₂的带隙较宽（约3.2 eV），决定了其吸收局限于紫外光区（占太阳光能量4%左右），对太阳能利用率低，严重影响了TiO₂光催化剂的实际使用。因此，研究和开发新型高效的光催化材料，以提高对太阳光源的利用率，具有重要的实用价值。

钨酸铋（Bi₂WO₆）具有较窄的禁带宽度（约2.7 eV），能够吸收波长小于460 nm的太阳光，且Bi₂WO₆光催化剂的稳定性好，无毒无害，作为一种环境友好型的可见光催化剂受到了广泛关注。由于光催化材料的发光、催化等性质与其尺寸、形貌等有很大的相关性，不同形貌和粒度的Bi₂WO₆及其光催化性能的研究被相继报道。由于合成的多为微纳米级粉体，其尺寸较小、比表面积较大以及在反应溶液中分散性较好，通常具有较高的光催化活性。

然而，这种细小颗粒的Bi₂WO₆光催化剂存在如下技术问题：(1) 细小颗粒的Bi₂WO₆光催化剂很难从反应溶液中分离回收，不仅不利于其循环使用，而且还会造成环境的二次污染；(2) Bi₂WO₆光生电子-空穴容易复合，光生载流子寿命短，因而光催化效率与发展成熟的TiO2等体系相比仍有一定差距。

因此，开发出高活性且具有良好循环利用性能的负载型Bi₂WO₆光催化剂的研究就显得十分必要。

发明内容

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种钨酸铋/CNFs复合光催化材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将聚乙烯吡咯烷酮和聚丙烯腈加入到N, N-二甲基甲酰胺溶剂中，磁力搅拌直至完全溶解，得到透明溶液；

（2）将上述步骤（1）所述的透明溶液作为纺丝原料，通过高压静电纺丝设备纺出聚乙烯吡咯烷酮/聚丙烯腈纳米纤维薄膜；

（3）将上述步骤（2）的聚乙烯吡咯烷酮/聚丙烯腈纳米纤维薄膜进行热处理，获得CNFs薄膜，再经浓酸浸泡、洗涤和干燥后，得到作为载体材料的CNFs；

（4）将铋盐和钨酸盐加入到溶剂中，搅拌使其溶解后，和步骤（3）的作为载体材料的CNFs一并装入到内衬聚四氟乙烯罐的不锈钢反应釜中，进行溶剂热反应；反应结束后让反应釜自然冷却至室温，从罐内夹出薄膜，用乙醇和水反复冲洗，干燥后，即可得到钨酸铋/CNFs复合光催化材料。

上文中，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和聚丙烯腈（PAN）加入到N, N-二甲基甲酰胺（DMF），搅拌使其完全溶解之后，得到的是略带黄色澄清的透明溶液。