一种高效三氧化钨微球光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高效三氧化钨微球光催化剂及其制备方法，先将单糖溶液和钨源溶液混合均匀，得到混合溶液A，混合溶液A中单糖和钨源的摩尔比为(1～3)：(1～2)；然后向混合溶液A中加入占混合溶液A体积1％～2％的表面活性剂溶液，混合均匀得到混合溶液B；调节混合溶液B的pH值在3～7，在170～220℃进行均相水热反应；均相水热反应结束后冷却至室温，分离出产物并洗涤干燥，得到干燥的粉体物质；将干燥的粉体物质在500～800℃保温30～60min，得到高效三氧化钨微球光催化剂。本发明专利技术通过水热法制备了四方相WO3和单斜相WO3的复合物，形貌为微球状，易于合成，光催化效率和降解率高。

A high performance tungsten trioxide microsphere photocatalyst and preparation method thereof

The invention relates to a high-efficiency tungsten trioxide microsphere photocatalyst and its preparation method, mix monosaccharide solution and tungsten source solution uniformly, get the mixed solution of A, the molar ratio of monosaccharide and tungsten source in the mixed solution of A (1 ~ 3): (1 ~ 2); then added the mixed solution of A volume 1% ~ surface the activity of 2% agent solution to the mixed solution of A, mixed uniformly to obtain a mixed solution of B and B mixed solution; adjusting pH value from 3 to 7, in 170 to 220 DEG C for homogeneous hydrothermal reaction; the end of homogeneous hydrothermal reaction after cooling to room temperature, separating the product and washing and drying to obtain powder material. Dry powder; dry matter in 500 ~ 800 DEG C for 30 ~ 60min, high tungsten trioxide microsphere photocatalyst. The invention combines the tetragonal phase WO3 and the monoclinic phase WO3 composite by the hydrothermal process, and has the shape of microspheres, easy synthesis, high photocatalytic efficiency and high degradation rate.

【技术实现步骤摘要】
一种高效三氧化钨微球光催化剂及其制备方法
本专利技术属于催化剂材料领域，具体涉及一种高效三氧化钨微球光催化剂及其制备方法。
技术介绍
三氧化钨(WO3)是由WO6八面体通过共边或共角构成，主要有单斜相、三斜相、正交相、四方相、六方相和立方相。其禁带宽度约为2.5-2.8eV，是一种n型半导体材料，在紫外光区和可见光区有着较好的吸收特性，可用作光催化剂[Zhen-FengHuang,JiajiaSong,LunPan,etal.TungstenOxidesforPhotocatalysis,Electrochemistry,andPhototherapy[J].AdvancedMaterials,2015,27:5309-5327.]。在外界的刺激(光、电、热、惰性气氛和还原气氛)下，WO3会由本身的黄色转变为深蓝色：因此可用作电致变色、光致变色以及气致变色器件[JaehyunBae,HaekyoungKim,HongChulMoon,etal.Low-voltage,simpleWO3-basedelectrochromicdevicesbydirectlyincorporatingananodicspeciesintotheelectrolyte[J].JournalofMaterialsChemistryC,2016,4:10887-10892.]。WO3具有优异的气敏特性，其对H2S、NO、NO2、NH3等气体有着良好的灵敏性，因此常常被用作气敏器件[ZhangC.,BoudibaA.,MarcoP.D.,etal.Roomtemperatureresponsesofvisible-lightilluminatedWO3sensorstoNO2insub-ppmrange[J].SensorsandActuatorsB,2013,181:395-401.]。此外，WO3晶体结构中存在较大的孔通道，能够使Li+通过，因此可作为锂离子电池电极材料[YangJ.Q.,JiaoL.F.,ZhaoQ.Q.,etal.Facilepreparationandelectrochemicalpropertiesofhierarchicalchrysanthemum-likeWO3·0.33H2O[J].JournalofMaterialsChemistry,2012,22:3699-3701.]。目前，有多种物理和化学的方法被用于WO3合成，如物理气相沉积法、化学气相沉积法、热蒸发法、溶胶凝胶法、水热法、溶剂热法等。在这些方法中，水热法由于操作简单，反应条件易于控制，产物纯度高等优点，得到了广泛的研究，但由于带隙的限制使其在可见光范围内的利用率较低，使其可见光下的降解效率不是很好。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种高效三氧化钨微球光催化剂及其制备方法，制得的WO3微球比表面积大，光催化性能较好。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：包括以下步骤：(1)将单糖溶液和钨源溶液混合均匀，得到混合溶液A，混合溶液A中单糖和钨源的摩尔比为(1～3)：(1～2)；然后向混合溶液A中加入占混合溶液A体积1％～2％的表面活性剂溶液，混合均匀得到混合溶液B；(2)调节混合溶液B的pH值在3～7，得到混合溶液C；(3)将混合溶液C在170～220℃进行均相水热反应；(4)均相水热反应结束后冷却至室温，分离出产物并洗涤干燥，得到干燥的粉体物质；(5)将干燥的粉体物质在500～800℃保温30～60min，得到高效三氧化钨微球光催化剂。进一步地，步骤(1)中单糖溶液的浓度为0.5～1mol/L，钨源溶液的浓度为0.5～1mol/L，表面活性剂溶液的浓度为0.01～0.05mol/L。进一步地，步骤(1)中单糖采用C6H12O6·H2O。进一步地，步骤(1)中钨源采用Na2WO4·2H2O，表面活性剂采用聚氧乙烯脂肪酸酯。进一步地，步骤(1)中均是通过在25～30℃下搅拌15～25min混合均匀。进一步地，步骤(2)中采用2～3mol/L的HCl溶液调节pH值。进一步地，步骤(3)中混合溶液C倒入聚四氟乙烯内衬高压水热反应釜中，体积填充比在30％～50％，然后将聚四氟乙烯内衬高压水热反应釜密封，放入均相水热反应仪中进行均相水热反应。进一步地，步骤(3)中均相水热反应的时间为20～28h。进一步地，步骤(4)中的干燥是在60～80℃真空烘箱干燥6～10h。一种利用如上所述制备方法制得的高效三氧化钨微球光催化剂，该光催化剂的粒径在0.5～2μm，BET表面为120～135m2/g。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术通过一步水热法制备出纯相的WO3，再经过高温保温过程，产生物相转变，最终制备了四方相WO3和单斜相WO3的复合物，该复合产物表现为微球状的形貌，粒径大约在1μm左右，制得的产物结晶性能好，原料简单，成本比较低，易于合成，且产量高，有望应用于工厂大规模生产。本专利技术所制备的复合物形成一个同质结，建立内建电场，促进光生电子向同一方向不断迁移，光生空穴向相反的方向移动，极大地提高了载流子的迁移率，从而提高光催化效率；同时，本专利技术所合成的WO3微球具有比表面大，可以为催化降解反应提供较多的活性位点，有效提高光催化反应的降解率。进一步地，本专利技术中单糖采用葡糖糖，易于去除，且葡萄糖去除过程会生成孔洞结构，有利于电子空穴对的迁移。本专利技术所合成的WO3微球粒径在0.5～2μm，BET表面为120～135m2/g，具有较好的光催化性能，在1000W的氙灯下光降解亚甲基蓝60min，降解率可达到85～90％，相对商业化的P25降解率提升一倍；具有良好的吸附性能，循环吸附10次亚甲基蓝，吸附率仍能达到80％以上，表明该物质可循环多次使用。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的WO3的XRD图谱。图2为本专利技术实施例1制备的微球状WO3在25k放大倍数下的SEM照片。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细说明。1)配制0.5～1M的C6H12O6·H2O蒸馏水溶液，0.5～1M的Na2WO4·2H2O蒸馏水溶液以及0.01～0.05M的聚氧乙烯脂肪酸酯蒸馏水溶液。2)将上述溶液按体积比C6H12O6·H2O:Na2WO4·2H2O＝(1～3):(1～2)的比例混合，在25～30℃下搅拌15～25min。然后向所得溶液中加入体积比为1％～2％的聚氧乙烯脂肪酸酯蒸馏水溶液，在25～30℃下搅拌15～25min。3)用浓度为2～3M的HCl溶液调节上述混合溶液的pH＝3～7。4)将混合均匀的溶液倒入聚四氟乙烯内衬高压水热反应釜中，保持体积填充比在30％～50％。5)将密封好的反应釜放入均相水热反应仪中，设置温度参数为170～220℃，反应时间为20～28h。6)反应结束后冷却至室温，将最终反应物离心分离后，分别用去离子水和无水乙醇各洗涤3次。将离心、洗涤后的粉体物质放入60～80℃真空烘箱干燥6～10h。7)将干燥后所得样品放入箱式高温电阻炉中，设置温度参数为500～800℃，在空气气氛下反应时间为30～60min，即获得最终产物。实施例11)配制0.5M的C6H12O6·H2O蒸馏水溶液，0.5M的N本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效三氧化钨微球光催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将单糖溶液和钨源溶液混合均匀，得到混合溶液A，混合溶液A中单糖和钨源的摩尔比为(1～3)：(1～2)；然后向混合溶液A中加入占混合溶液A体积1％～2％的表面活性剂溶液，混合均匀得到混合溶液B；(2)调节混合溶液B的pH值在3～7，得到混合溶液C；(3)将混合溶液C在170～220℃进行均相水热反应；(4)均相水热反应结束后冷却至室温，分离出产物并洗涤干燥，得到干燥的粉体物质；(5)将干燥的粉体物质在500～800℃保温30～60min，得到高效三氧化钨微球光催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种高效三氧化钨微球光催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将单糖溶液和钨源溶液混合均匀，得到混合溶液A，混合溶液A中单糖和钨源的摩尔比为(1～3)：(1～2)；然后向混合溶液A中加入占混合溶液A体积1％～2％的表面活性剂溶液，混合均匀得到混合溶液B；(2)调节混合溶液B的pH值在3～7，得到混合溶液C；(3)将混合溶液C在170～220℃进行均相水热反应；(4)均相水热反应结束后冷却至室温，分离出产物并洗涤干燥，得到干燥的粉体物质；(5)将干燥的粉体物质在500～800℃保温30～60min，得到高效三氧化钨微球光催化剂。2.根据权利要求1所述的一种高效三氧化钨微球光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中单糖溶液的浓度为0.5～1mol/L，钨源溶液的浓度为0.5～1mol/L，表面活性剂溶液的浓度为0.01～0.05mol/L。3.根据权利要求1所述的一种高效三氧化钨微球光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中单糖采用C6H12O6·H2O。4.根据权利要求1所述的一种高效三氧化钨微球光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中钨源采...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹丽云，李妍，黄剑锋，冯亮亮，李嘉胤，吴建鹏，赵肖肖，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61