一种铈离子掺杂三氧化钨催化剂及其制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种铈离子掺杂三氧化钨催化剂及其制备方法及其应用，属于催化剂制备领域，该催化剂的制备方法如下：A)向以200~300r/min速度磁力搅拌的H2O2中加入钨粉；B)向以150~200r/min速度磁力搅拌的CH3CH2OH中加入硝酸铈；C)将步骤B)所得溶液注入步骤A)所得的黄色溶胶状物质，加热搅拌，陈化；D)将步骤C)中得到的凝胶放入烘箱中，在100~105℃的条件下干燥，研磨成粉末；E)将步骤D)中得到的粉末放入马弗炉内，加热，再煅烧，即得到铈离子掺杂三氧化钨催化剂。该方法生产的催化剂催化剂稳定性好、活性高，制备简单，成本低廉，操作方便，并且不易造成二次污染。

【技术实现步骤摘要】
一种铈离子掺杂三氧化钨催化剂及其制备方法及其应用
本专利技术属于催化剂制备领域，具体地说，涉及一种用于光催化氧化杀菌剂的催化齐 ，更具体地说，涉及一种铈离子掺杂三氧化钨催化剂及其制备方法及其应用。
技术介绍
杀菌剂废水是典型的难降解有毒有害工业废水，如农药行业排放的废水以及某些化工行业排放的废水。由于废水中含有高浓度的杀菌剂，能够杀灭和抑制微生物的生长。另一方面，多数有机杀菌剂都是多环或杂环类有机化合物，生物降解性很差。所以，杀菌剂废水很难直接采用生物技术进行处理。这类废水的安全处理是目前制约农药及化工行业发展的主要因素。相比较而言，高级氧化技术(AOPs)能通过产生强氧化性质的羟基自由基有效的去除水中各种有机污染物，被认为是一种具有广泛应用前景的水处理技术。WO3也是一种η型半导体光催化剂，WO3带隙小，能吸收部分可见光，在水中分散性也很好，是很有潜力的可见光催化剂。但是由于纯WO3光催化活性弱，在缺少助催化剂或氧化还原介质的情况下，WO3对于有机污染物的光催化降解活性不高，因此如何对WO3半导体材料改性以提高其光催化活性是重要的技术热点。中国专利申请号201210028834. 4，公开日2012年08月01日，公开了一份名称为一种(001)晶面可控的纳米单晶三氧化钨可见光催化剂的制备方法的专利申请文件，该专利技术公开了一种(001)晶面可控的纳米单晶三氧化钨可见光催化剂的制备方法，包括以下步骤 (1)室温下，将钨酸铵加入到氟硼酸的水溶液中，搅拌2-3h，其中钨元素与氟硼酸的摩尔比为1:6 1:21 ; (2)将步骤(I)所得溶液在100 180°C下陈化6 48h，然后冷却至室温，洗涤、干燥，即得(001)晶面可控的纳米单晶三氧化钨可见光催化剂。该专利技术通过对原料比例、陈化时间和陈化温度的调节，控制WO3的形貌、结构及可见光催化性能，得到了(001)晶面可控的纳米单晶WO3，其呈纳米片状，平均厚度为13nm，长度约为lOOnm，可通过厚度的变化来调控(001)面的暴露率，改善传统单晶WO3在可见光催化降解污染物时活性较低的缺陷。但是该方法制的WO3还是存在光催化活性弱的问题。中国专利号201110170439. 5，公开日2011年12月07日，公开了一份名称为一种铁掺杂三氧化钨光催化剂及其制备方法的专利文件，其公开了一种铁掺杂三氧化钨光催化齐 。它包括三氧化钨粉体颗粒，所述三氧化钨粉体颗粒中包含不同含量及状态的氧化铁。该专利技术还提供铁掺杂三氧化钨光催化剂的制备方法，以含钨和含铁的化合物为前躯体，通过将两者混合，研磨、高温煅烧等过程，使原料最终转化为WO3和氧化铁的形式，并且使氧化铁以不同形态分布于WO3中，制得铁掺杂的三氧化钨光催化剂。该专利技术具有使用的原料成本低廉，设备简单，易于操作的优点。根据该专利技术获得的三氧化钨粉末虽然较WO3的光催化活性有所提高，但是其光催化活性还是比较低。
技术实现思路
要解决的问题针对现有WO3催化剂的光催化活性弱的问题，本专利技术提供一种铈离子掺杂三氧化钨催 化剂及其制备方法及其应用，生产的催化剂稳定性高、活性好。技术方案为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下一种铈离子掺杂三氧化钨催化剂，所述的三氧化钨中含有铈元素，其中W元素与硝酸 铺中的Ce元素的摩尔比为75 105:1。一种铈离子掺杂三氧化钨催化剂的制备方法，包括以下步骤A)向以20(T300r/min速度磁力搅拌的H2O2中加入钨粉，钨粉与H2O2的摩尔比为1:4， 持续加热搅拌，直至乳白色溶液变成黄色溶胶状物质，自然冷却至室温；加热时间和温度没 有太高限制，当乳白色溶液变成黄色溶胶状物质时即可停止加热；B)向以15(T200r/min速度磁力搅拌的CH3CH2OH中加入硝酸铈，加热搅拌，其中硝酸铈 中的Ce元素与步骤A)中钨粉中W元素的摩尔比为1:75 105，CH3CH2OH与步骤A)中H2O2 的体积比为1:1 ;C)将步骤B)所得溶液注入步骤A)所得的黄色溶胶状物质，加热搅拌得到凝胶，再 将凝胶陈化O. 5 2h ；D)将步骤C)中得到的凝胶放入烘箱中，在10(T105°C的条件下干燥，再经研磨成粉末；E)将步骤D)中得到的粉末放入马弗炉内，加热，再煅烧，即得到铈离子掺杂三氧化钨 催化剂。优选的，所述的步骤B)中H2O2的质量分数为30%。更优选的，所述的步骤B)中的硝酸铈中的Ce元素与步骤A)中钨粉中W元素的 摩尔比为1:90。优选的，所述的步骤D)的干燥时间为30min。更优选的，所述的步骤E)中加热是以2°C /min速度升温至400°C，煅烧时间为 3h。上面方法制备的铈离子掺杂三氧化钨催化剂应用于光催化氧化杀菌剂废水。上面方法制备的铈离子掺杂三氧化钨催化剂在光催化氧化杀菌剂废水的应用方 法，在杀菌剂废水加入铈离子掺杂三氧化钨催化剂和过氧化氢，铈离子掺杂三氧化钨催化 剂的投加量为10(T200mg/L，过氧化氢投加量为I 3ml/L，光照为10(T500W的紫外灯。本专利技术的原理如下由于Ce4YCe3+的还原电势为1. 8eV，在紫外光照射下，掺杂的 Ce(IV)容易捕获光生电子成为Ce (III)，使光生电子-空穴对复合的几率大大减小，从而 提高WO3的光催化活性。适量Ce掺杂后WO3光催化活性提高是光生电子和空穴分离效率提 高及催化剂光利用率提高等因素综合作用的结果。本专利技术通过控制原料添加时溶液的搅拌速度和原料的比例，确保铈离子能均匀分 布至WO3晶格中，而且通过控制粉末加热的速度、温度和煅烧时间，提高本催化剂的表面活 性，使得催化剂的光催化活性明显提高。在相同条件下，本专利技术出水典型污染物的去除率比 单独WO3催化氧化法提高了 63. 24%以上，比WO3光催化氧化法提高了 43. 68%以上。有益效果相比于现有技术，本专利技术的有益效果为(1)本专利技术一种铈离子掺杂三氧化钨催化剂，其表面出现更多的活性位置，光催化活性好;(2)本专利技术一种铈离子掺杂三氧化钨催化剂的制备方法，制备的催化剂活性高，通过铈 离子对WO3掺杂，改变其晶型结构、表面官能团等性质，同时提高对小分子的中间产物的催 化作用；(3)本专利技术制备的催化剂适用范围广，可在pH=3 10范围内光催化氧化去除杀菌剂类 物质；(4)本专利技术制备的催化剂稳定性好、活性高，制备简单，成本低廉，操作方便，并且不易 造成二次污染；(5)本专利技术铈离子掺杂三氧化钨催化剂应用于光催化氧化杀菌剂废水，催化效果好；(6)本专利技术一种铈离子掺杂三氧化钨催化剂的制备方法，其制备的铈离子掺杂三氧化 钨催化剂中铈离子均匀分布至WO3晶格中，该催化剂的光催化活性好。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术进行详细描述。实施例1一种铈离子掺杂三氧化钨催化剂的制备方法，包括以下步骤A)向以300r/min速度磁力搅拌的H2O2中加入钨粉，钨粉与H2O2的摩尔比为1: 4，持续 加热搅拌2h后，乳白色溶液变成黄色溶胶状物质，自然冷却至室温。B)向以180r/min速度磁力搅拌的CH3CH2OH中加入硝酸铈，加热搅拌，其中硝酸铈 中的Ce元素与步骤A)中钨粉中W元素的摩尔比为1:90，CH3CH2OH与步骤A)中H2O2的体 积比为1:1，H2O2的质量分数为30%。C)将步骤B)所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铈离子掺杂三氧化钨催化剂，其特征在于，所述的三氧化钨中含有铈元素，其中W元素与硝酸铈中的Ce元素的摩尔比为75~105:1。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：任洪强，贾国正，丁丽丽，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：