一种用于有机污染物光降解催化剂的制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种用于有机污染物光降解催化剂的制备方法和应用，属于有机污染物化学法治理的技术领域，先合成具有催化活性的NiWO4，然后在水热反应条件下合成BiOX/NiWO4(X＝Cl，Br，I)复合材料，随后再经水热法把复合材料表面包裹氧化石墨烯(GO)，合成一种由三种材料复合而成的超强光催化复合材料GO/BiOX/NiWO4；通过以上复合顺序合成以NiWO4、BiOX、GO构成的层状结构复合物；本发明专利技术方法制备的光催化降解催化剂，其内层的NiWO4对有机物降解过程中化学键断裂有很强的促进作用，位于次外层的BiOX具有一定程度的光催化活性，位于最外层的氧化石墨烯具有较强的光电子传输能力以及对有机污染物吸附能力，三者材料的复合能够使有机污染物快速吸附并经光降解脱除。有机污染物快速吸附并经光降解脱除。有机污染物快速吸附并经光降解脱除。

【技术实现步骤摘要】
一种用于有机污染物光降解催化剂的制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及机污染物化学法治理
，特别是一种用于有机污染物光降解催化剂的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]随着工业的快速发展，各种能源物质消耗的同时也向环境释放了大量的有害物质，给环境以及生态系统造成了严重的破坏。有机污染物的排放与变质使水体资源的污染日趋严重，因此对水体中有机污染物的净化治理已经刻不容缓，而选择合适的治理方式一直是研究的热点。
[0003]截至到目前，广大研究学者已经尝试了如吸附、光催化、超声催化以及类芬顿氧化等多种方式对水体中有机污染物进行脱除研究，其中光催化脱除方式由于在降解过程中可以直接利用太阳辐射的能量而备受青睐。采用该方式脱除水体中的有机污染物最关键的是选择合适高效、稳定的催化剂。现有报道用于有机污染物光降解的催化剂主要有TiO2，BiVO4，Bi2WO6，Bi2O3，Bi2O2CO3，Bi2MoO6，ZnO，C3N4，BiOX(X＝Cl,Br,I)但大部分催化剂需要与其它材料复合后才能表现出较高的催化性能。这主要由于两方面因素所致，其一是材料的本身的带隙能量比较大，在光照条件下不能有效的产生光电子；其二为光电子和空穴复合率较高。通过与其它材料进行复合降低材料的带隙宽度同时减少光电子与空穴的复合率是提高材料催化性能的研究核心。
[0004]氧化石墨烯具有极佳的光电特性，高效的载流子迁移率以及良好的化学稳定性而被广泛应用于光催化复合催化剂的合成过程。氧化石墨烯是一种单层的由碳原子通过化学键连接成的蜂窝状，且附带羟基和羧基的二维材料。把其他材料与氧化石墨烯复合后，结构中的羟基基团对有机污染物的降解有显著的提高作用，此外氧化石墨烯具有较强的载流子分离能力和高效的迁移率，能够降低载流子的复合率，表现出较强的电子接收与传递的特性。
[0005]NiWO4具有价格低廉，带隙小，催化剂环保等特点，其构成的复合物具有合适的带隙，高稳定性、高活性以及本征P型半导体的特性，对药物有机污水表现出一定的光催化性能。如V.Muthuraj及其共同作者(Colloids Surf.,A,567,2019:43
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54)把NiWO4与高分子半导体g
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C3N4纳米片结合，以此提高NiWO4可见光下的光催化活性。此外，为了提高NiWO4的催化活性，Mitra Mousavi和Aziz，Habibi
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Yangjeh(J.Mater.Sci.,53,2018:9046
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9063)先采用原位共沉淀法合成g
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C3N4/Fe3O4，然后以硝酸镍、钨酸钠为原料在g
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C3N4/Fe3O4的表面合成NiWO4，并经煅烧作用形成g
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C3N4/Fe3O4/NiWO4，其对罗丹明B，亚甲基蓝，甲基橙，品红和苯酚的催化活性比g
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CN的12，30，52，100，6倍。Mahsa Pirhashemi及其共同作者(Sep.Purif.Technol.,193,2018:69
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80)通过逐步法合成了具有p
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n
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n异质结的ZnO/NiWO4/Ag2CrO4纳米复合物，其中当Ag2CrO4质量占比为30％时，对罗丹明B具有最高的光降解效率。综上所述，NiWO4只有与其它化合物形成异质结才能对有机物光降解表现出较高的催化活性。
[0006]BiOX(X＝Cl，Br，I)，NiWO4以及氧化石墨烯都具有一定程度的光催化活性，但单独使用催化有机污染物光降解时，效果较差，满足不了工业需求。本专利技术在前人研究的基础上首次设计合成了一种具有超强有机污染物光催化降解脱除的材料，是以NiWO4为内层，次外层为BiOX，最外层为氧化石墨烯的三层结构光催化剂，其外层GO能够高效的吸收电子并转移至内层结构，同时外层的氧化石墨烯对有机污染具有吸附捕捉能力，而最内层的NiWO4对有机物具有较强的断键作用。通过设计合成的GO/BiOX/NiWO4(X＝Cl，Br，I)集聚多种材料的优点，对有机污染物具有超强的光催化降解性能

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术中促进有机污染物降解材料存在的活性不高，催化效率低等问题，本专利技术提供了一种具有三层结构的有机污染物光降解催化剂制备方法和应用；本专利技术合成了以NiWO4为内层、次外层为BiOX(X＝Cl,Br,I)、最外层为氧化石墨烯而组成具有三层结构的有机污染物光降解催化剂，采用本专利技术提供的制备方法合成的催化剂在有机污染物光降解方面具有较高的催化活和重复利用性能。
[0008]为达到上述目的，本专利技术是按照以下技术方案实施的：
[0009]一种用于有机污染物光降解催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0010]Step1，合成NiWO4；
[0011]Step1.1，将钨酸盐溶解在去离子水中使质量浓度位于0.1～10g/L之间，记为A液；
[0012]Step1.2，把与钨酸盐等摩尔量的镍盐溶解在离子水中使质量浓度位于0.1～10g/L之间，记为B液；
[0013]Step1.3，在磁力搅拌下，对A液进行加热至30～80℃，把B液滴加到A液中，并继续搅拌6～48h；
[0014]Step1.4，搅拌结束后，过滤洗涤沉淀物3～5次，60～90℃干燥10～24h，把干燥的样品在400～700℃煅烧3～6h，得到NiWO4；
[0015]Step2，合成BiOX/NiWO4：将Step1.4获得的NiWO4分散于有机溶剂与去离子水的混合溶液中使质量溶度位于0.1～10g/L之间，然后向分散均匀的溶液中加入卤盐，搅拌0.5～3h后，加入与卤盐等摩尔量的铋盐，继续搅拌0.5～3h，随后把溶液转入水热反应釜，120～180℃晶化12～48h；反应结束后，离心获得沉淀物，并用去离子水洗涤3～5次，于60～90℃干燥10～24h，获得复合材料BiOX/NiWO4；
[0016]Step3，制备GO/BiOX/NiWO4：将Step 2制备的BiOX/NiWO4分散于有机溶剂中，然后加入由Hummers法制备经冷冻干燥后的氧化石墨烯，所述氧化石墨烯质量占比为BiOX/NiWO4质量的1～40％；在磁力搅拌下搅拌0.5～10h，然后把混合液转入反应釜，并在120～180℃晶化12～48h，最终得到GO/BiOX/NiWO4。
[0017]具体的，Step1.1中的钨酸盐为LiWO4、NaWO4、KWO4、NH4WO4中的一种或几种；
[0018]具体的，Step1.2的镍盐为Ni(NO3)2、NiCl2、(HCOO)2Ni、(CHCOO)2Ni、NiSO4中的一种或几种；
[0019]具体的，Step 2中所述的卤盐为KCl、KBr、KI、NaCl、NaBr、NaI、LiCl、LiBr、LiI中的一种或几种；
[0020]具体的，Step 2与Step 3中的有机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于有机污染物光降解催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：Step1，合成NiWO4；Step1.1，将钨酸盐溶解在去离子水中使质量浓度位于0.1～10g/L之间，记为A液；Step1.2，把与钨酸盐等摩尔量的镍盐溶解在去离子水中使质量浓度位于0.1～10g/L之间，记为B液；Step1.3，在磁力搅拌下，对A液进行加热至30～80℃，把B液滴加到A液中，并继续搅拌6～48h；Step1.4，搅拌结束后，过滤洗涤沉淀物3～5次，60～90℃干燥10～24h，把干燥的样品在400～700℃煅烧3～6h，得到NiWO4；Step2，合成BiOX/NiWO4：将Step1.4获得的NiWO4分散于有机溶剂与去离子水的混合溶液中使质量溶度位于0.1～10g/L之间，然后向分散均匀的溶液中加入卤盐，搅拌0.5～3h后，加入与卤盐等摩尔量的铋盐，继续搅拌0.5～3h，随后把溶液转入水热反应釜，120～180℃晶化12～48h；反应结束后，离心获得沉淀物，并用去离子水洗涤3～5次，于60～90℃干燥10～24h，获得复合材料BiOX/NiWO4；Step3，制备GO/BiOX/NiWO4：将Step 2制备的BiOX/NiWO4分散于有机溶剂中，然后加入由Hummers法制备经冷冻干燥后的氧化石墨烯，所述氧化石墨烯质量占比为BiOX/NiWO4质量的1～40％；在磁力搅拌下搅拌0.5～10h，然后把混合液转入反应釜，并在120～180℃晶化12～48h，最终得到GO/BiOX/NiWO4...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴元锋，苏肖肖，仪桂云，张传祥，朱伟豪，潘强胜，曾会会，徐冰，邢宝林，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：