[发明专利]一种反蛋白石结构三氧化钨的制备方法及其在光芬顿助催化中的应用

说明书

本发明提供了一种反蛋白石结构三氧化钨的制备方法。本方法通过硬模板法，将有序聚苯乙烯小球作为反蛋白石结构模板，依次经过甲醇浴和三氧化钨前驱体溶液浴浸渍，将前驱体灌注进由聚苯乙烯微球规整排列的光子晶体中，而后用煅烧的方法除去模板，即可得到反蛋白石结构三氧化钨。本发明所述方法可以在保证反蛋白石结构的情况下极大地提高光生载流子的能力，制备的催化剂能够增强传质效率和光吸收能力，提高材料的亲水性。将其应用于可见光助催化peroxymonosulfate(PMS)/Fe²⁺体系降解罗丹明B表现出非常高效的助催化活性，该材料在环境治理领域具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及本发明涉及一种可用于高效可见光助催化PMS/Fe²⁺体系降解有机污染物的光助催化剂，属于高级氧化技术领域。

背景技术

近年来，随着人口的大量增长，工业化进程的加快，由于大量工业废水及生活污水未处理达标排放，各类有机污染物进入环境当中，给饮用水安全及农产品安全带来了极大的威胁。虽然生物降解法是目前应用最广泛的废水处理方法，但对于成分复杂、含有大量新兴污染物、持久性污染物等难降解物质的工业废水而言，生物降解法并不适用，因为这些化学物质往往会使微生物中毒。而PMS/Fe²⁺芬顿体系作为一类高级氧化技术，它是通过产生强氧化性自由基来无选择性去除难降解有机污染物的重要方法。因其反应条件简单，无需高温高压，对反应装置的要求较低，所以芬顿体系具有良好的应用前景。然而，芬顿体系的关键问题在于Fe³⁺/Fe²⁺循环缓慢，大量Fe³⁺难以被及时还原从而导致的铁泥积累、催化剂中毒等问题。体系中Fe²⁺浓度的迅速降低，将导致Fe²⁺分解氧化剂PMS的速率降低，最终使芬顿体系降解有机污染物的效率受到抑制。过去的研究提出向芬顿体系中加入有机助催化剂的方法以加速Fe³⁺/Fe²⁺循环。但有机助催化剂的加入易导致水体二次污染，且难以显著提高有机污染物的矿化率。此外，芬顿体系产生的活性氧物种易引起有机助催化剂的自身降解，导致需要不断补充新鲜的助催化剂以维持助催化活性。因此，开发新型安全高效、适应性强、化学稳定性好的无机环境功能材料并用于受污水体的处理具有突出的研究意义及应用价值。

半导体光催化技术作为现今的研究热点，具有环境友好、高效等特点，表现出巨大的应用潜力。将光催化剂作为芬顿体系中的助催化剂，在可见光的照射下，能够明显提高芬顿活性。在众多的材料中，三氧化钨(WO₃)材料制备过程简单，光催化活性高且制备成本较低。由于三氧化钨禁带宽度较窄，因此其对可见光具有响应。但是，较高的电子空穴复合率，较低的比表面积等缺点严重地限制了三氧化钨的优势。本催化剂通过设计反蛋白石结构三氧化钨材料，不但能够保留三氧化钨的特性，还能够有效提高三氧化钨的传质速率以及光电性能。

在此发明中，我们采用反蛋白石结构修饰三氧化钨。反蛋白石结构可以增加催化剂比表面积、利于传质、增强吸附性能，同时还会产生“多重散射效应”、“慢光效应”等反蛋白石结构固有的特性，增强光的吸收率和利用率，增加活性位点，增强光生载流子能力。在助催化芬顿体系的过程中，三氧化钨在可见光照射的条件下能够激发产生大量光生电子还原Fe³⁺，从而大大加快Fe³⁺/Fe²⁺循环速率，提高芬顿体系降解有机污染物的效率，污染物的降解效果明显优于其他类型的芬顿体系，从现有的研究来看，还尚未对反蛋白石结构三氧化钨助催化剂可见光PMS/Fe²⁺芬顿体系降解污染物进行过报道。

发明内容