[发明专利]一种聚乙烯吡咯烷酮包覆纳米WO3

说明书

本发明属功能纳米材料技术领域，提供一种聚乙烯吡咯烷酮包覆纳米WO₃(PVP@WO₃)及其制备方法和应用，PVP@WO₃为100‑250 nm的纳米立方体，PVP有机薄层包覆于WO₃立方体外层，厚度3 nm。通过将钨酸盐和PVP溶于去离子水中，调节pH为强酸性，一定温度下进行水热反应得PVP@WO₃复合纳米材料。所得纳米材料为100‑250 nm的立方体结构，尺寸分布均匀，且能带结构位置向负电位方向移动、具有更好的还原性能。该发明所采用的原料廉价环保、制备方法简单可行，且制备的PVP@WO₃纳米材料具有良好的载流子分离和光催化能力，在光照下表现出良好的光催化还原Cr(VI)性能。

技术领域

本发明属于功能纳米材料技术领域，具体涉及一种聚乙烯吡咯烷酮包覆纳米WO₃(PVP@WO₃)及其制备方法和应用，该功能纳米材料应用于去除水体重金属Cr(VI)污染物。

背景技术

由于铬及其化合物在工业生产中的广泛应用，我国每年排放上千万立方米的含铬废水。在工业废水中，六价铬(Cr(VI))主要以离子形式存在。Cr(VI)进入环境后不能被生物降解、易于进入食物链循环，在生物体内积累、破坏生物体正常生理代谢活动，进而危害人体和其他生物体健康。

吸附法是一种常用的处理含铬废水的方法，已报道的吸附Cr(VI)的材料主要包括活性炭、矿渣、工业废弃物等。吸附法去除水中六价铬具有操作简单和经济的优点，然而在吸附过程钟Cr(VI)只是被富集，毒性并没有得到降低和去除；化学还原法是另外一种有效处理含铬废水的方法，其基本原理是通过投加还原剂，将废水中Cr(VI)还原为Cr(III)，再用碱性液中和，使Cr(III)形成Cr(OH)₃沉淀而分离。化学法能够将重金属从高价态还原为低价态，降低其毒性。然而，以上传统的氧化还原过程需要额外投加化学药剂而容易对水质造成二次污染。光催化技术是一种清洁经济的氧化还原方法，其利用光生电子的还原能力和光生空穴的氧化能力对目标污染物进行催化还原和氧化。近年来，利用光催化技术对废水中重金属离子进行还原处理的研究得到一定的发展，研究工作者利用TiO₂、g-C₃N₄、WO₃等对重金属进行光催化还原，从而降低重金属的毒性。

尽管光催化技术具有价格低廉、无二次污染等优点，但受光催化剂的制备方法等的限制，大多数光催化剂都是多晶颗粒，尺寸较大且缺陷较多，光生电子和空穴的迁移效率很低。由于催化剂的以上特点，光催化技术去除重金属时存在的主要问题如下：(1)缺陷的存在可能导致光生电子的电势低于重金属还原所需要的电位，使得反应不能顺利进行。(2)还原电位足够的宽禁带材料光生电子和光生空穴不能有效传递到材料表面参与反应，导致绝大多数电子和空穴在催化剂内部进行复合。(3)催化剂表面对重金属的吸附性差从而拖慢了重金属还原过程的速率。因此，光催化去除重金属毒性的催化效率以及工业应用在一定程度上仍然受到限制。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提供了一种聚乙烯吡咯烷酮(PVP)包覆纳米WO₃及其制备方法和应用。在制备过程中，PVP作为表面活性剂可以改善前驱体在水热过程中的分散性，从而促进尺寸较小的纳米级WO₃的形成；同时PVP作为晶面保护剂，能够有效减少WO₃的内部缺陷，改善了材料本身的电子传递性能以及避免缺陷能级造成的还原性降低；另外，PVP的官能团侧链具有传递光生电子和空穴的能力，制备PVP包覆的WO₃有望促进WO₃表面的光生载流子传递到污染物表面，加速光催化氧化和还原反应的进行。

本发明由如下技术方案实现的：一种聚乙烯吡咯烷酮包覆纳米WO₃，所述聚乙烯吡咯烷酮包覆纳米WO₃为100-250 nm的纳米立方体，PVP有机薄层包覆于WO₃立方体外层，厚度3 nm。