一种Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂及其制备方法，所述Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂包括吸附区(碳纳米纤维)和可见光催化活性区(纳米Bi2WO6)。本发明专利技术具有低能带、高量子效率、大比表面积、稳定性高、易回收、环境友好等特点，能高效催化降解亚甲基蓝。氙灯照射2.5h降解率达95.17％；其制备方法包括设计并合成具有与铋离子配位的聚合物p(AN-g-PEO)，制备改性碳纳米纤维可见光催化剂。制备过程中，用超声振荡分散反应条件温和，方法简单易行，且分散效果优异，分散稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂及其制备方法
本专利技术涉及纳米材料和催化材料
，具体为一种Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂及其制备方法。
技术介绍
目前染料废水处理方法主要有吸附法、生物降解法、电解法和混凝沉淀法等，但如今大部分不能满足现代社会的需求。吸附法净化吸附容量小、设备体积大、吸附剂容量往往有限、需频繁再生、设备利用率低、不能彻底消除污染物；生物降解法需要很长时间但却常常难以完全消除污染物；电解法电流效率仍然偏低、能耗大、电催化降解反应器的效率较低、处理成本高，因此不适合大规模应用。而利用可见光光催化技术可将污染物氧化分解，反应体系在可见光催化下将吸收的光能转化为化学能，在比较温和的条件下可顺利进行。因此，可见光催化在污染物治理方面有良好的应用前景。在众多的可见光催化剂中，钨酸铋是一种代表性的光催化剂，具有较高的可见光催化活性。钨酸铋不仅能在可见光条件下催化分解水产生O2，而且能使CHCl3和CH3CHO等污染物矿化，催化降解某些染料污染物。然而，研究者大多制成纳米颗粒或是纳米粉体，易发生团聚，催化性能在使用过程中会有所降低。Bi2WO6的制备方法对其可见光催化活性、成本影响很大，是Bi2WOf^见光催化剂应用的一个关键。Bi2WO6的制备方法包括高温固相法、液相法。高温固相法的主要缺点是制备条件苛刻，需要高温（通常高于900°C);合成的Bi2WO6R寸较大，比表面积较小，活性较低，不能直接实现催化剂的固载。液相法包括低温盐熔法、超声合成法、溶胶一凝胶法、水热及溶剂热法。其中水热法是目前制备Bi2WO6纳米主要方法。中国专利200810197020. 7公开了一种可见光催化剂Bi2WO6纳米粉体的制备方法，该粉体具有较好的结晶度、较小的颗粒粒径及较大的比表面积，因而在染料降解时具有更好的可见光催化性能，但在应用过程中仍然有易团聚的缺点。中国专利201110441585. 7公开了一种微波水热法制备多孔疏松绒线团状钨酸铋粉体光催化剂的方法，该制备的粉体具有特殊的形貌一有薄片组成的分层多孔疏松绒线团状，能耗低，对环境友好，但是光催化活性仍然不是很高，使用后不易回收。以上制备方法繁琐复杂，成本高，可控性重复性较差。采用静电纺丝技术具有克服以上不足的可能性：①静电纺丝技术制备的样品是微纳米产品，比表面积大，不易团聚，可控性较好；②静电纺丝技术制备的样品成本低，设备简单，工艺容易控制产品方便回收利用。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题在于提供一种Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂及其制备方法，以 解决上述
技术介绍
中的问题。本专利技术该方法工艺简单，反应条件要求低，该方法制备的可见光催化剂Bi2WO6纳米纤维具有对亚甲基蓝的高效催化降解性能。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是:一种Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂及其制备方法，所述Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂包括吸附区(碳纳米纤维)和可见光催化活性区(纳米Bi2WO6)，其制备方法包括如下步骤:(I)设计具有与铋离子配位的聚合物p(AN-g-PEO)，根据铋离子的结构，N、O能与金属铋离子以配位键形成配合物，选择含腈基、羧基等基团高分子作为成纤聚合物，所设计的接枝物主链为聚丙烯腈，其作为碳纳米纤维的前驱体；设计接枝物规整支链为聚氧乙烯，其作为纳米Bi2WO6的模板分子；(2)制备改性碳纳米纤维可见光催化剂，包括如下步骤:制备含有硝酸铋、钨酸钠静电纺丝液；优选工艺参数，制备复合纳米纤维；筛选碳化温度，同时制备纳米Bi2W06和碳纳米纤维，具体步骤为:I)原料的称取:硝酸铋和钨酸钠按照摩尔比(1.5?2): (I?0.8);2)将硝酸铋溶解在N-N 二甲基甲酰胺中，超声振荡Ih使分散均匀；3)将钨酸钠加入上述溶液中，超声振荡Ih使分散均匀；4)将I?4g的P (AN-g-PEO)加入上述溶液中，磁力搅拌12小时，得到纺丝前驱液；5)取上述前驱液5ml移入注射器中，进行静电纺丝，得到纳米纤维膜；6)将静电纺丝膜在碳化炉里在温度120?480°C下焙烘8?12h，制成制备同时包含有吸附区(碳纳米纤维)和可见光催化活性区(纳米Bi2WO6)的复合纳米纤维。进一步地，所述接枝物主链为丙烯腈、甲基丙烯腈一种或几种单体配合。进一步地，所述静电纺丝条件是:电压18-20kv,接收距离为180-220mm,纺丝流量为0.2ml / h，连续纺丝5-14h。进一步地，所述在制备改性碳纳米纤维可见光催化剂过程中使用的聚合物纳米纤维为反应器，制备比表面积大，不易团聚，可控性好的纳米Bi2W06。本专利技术的原理为:基于制备具备低能带、高量子效率、大比表面积、稳定性高、易回收、制备工艺简单、环境友好的光催化剂的目的，设计并合成含腈基、羧基等配体基团的聚合物；以此为基体，通过N，O与金属铋离子的配位，用静电纺丝技术制备含有硝酸铋、钨酸钠的复合纤维；以含腈基、羧基等配体基团的聚合物纳米纤维为反应器，通过控制反应温度、反应时间，制备同时包含有吸附区(碳纳米纤维)和可见光催化活性区(纳米Bi2WO6)的复合纳米纤维。通过碳纳米纤维共轭大η键，有效转移纳米Bi2WO6光生电子，从而抑制其与空穴的复合，改善Bi2WO6的光催化活性；通过多孔碳纳米纤维的高吸附性，提高可见光催化效率；通过碳纳米纤维的支撑，增加反应的有效比表面积、提高催化剂的机械强度、热稳定性、抗毒性能和可回收性，并降低催化剂的生产成本。有益效果:本专利技术工艺简单，反应条件温和，该方法制备的可见光催化剂Bi2WO6纳米纤维具有对亚甲基蓝的高效催化降解性能，通过控制反应温度、反应时间，制备低能带、高量子效率、大比表面积、稳定性高、易回收、制备工艺简单、环境友好纳米复合纤维，制备过程中，用超声振荡分散反应条件温和，方法简单易行，且分散效果优异，分散稳定。【附图说明】图1为本专利技术中的实施例1制备的可见光催化剂钨酸铋纳米纤维在氙灯照射下对亚甲基蓝的催化降解率时间图。【具体实施方式】为了使本专利技术的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本专利技术。一种Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂及其制备方法，所述Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂包括吸附区(碳纳米纤维)和可见光催化活性区(纳米Bi2WO6),其制备方法包括如下步骤:(I)设计具有与铋离子配位的聚合物p (AN-g-PEO)，根据铋离子的结构，N、0能与金属铋离子以配位键形成配合物，选择含腈基、羧基等基团高分子作为成纤聚合物，所设计的接枝物主链为聚丙烯腈，其作为碳纳米纤维的前驱体；设计接枝物规整支链为聚氧乙烯，其作为纳米Bi2WO6的模板分子；(2)制备改性碳纳米纤维可见光催化剂，包括如下步骤:制备含有硝酸铋、钨酸钠静电纺丝液；优选工艺参数，制备复合纳米纤维；筛选碳化温度，同时制备纳米Bi2WO6和碳纳米纤维。为了是本专利技术更易于理解，下面结合具体实施例进行进一步阐述，实施例1一种Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂及其制备方法，它包括如下步骤:I)量取2.06mmol的硝酸铋加入20mlN_N 二甲基甲酰胺中，超声振荡分散lh。2)量取1.03mmol的钨酸钠加入上述溶液中，超声振荡分散lh本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂及其制备方法，其特征是：所述Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂包括吸附区(碳纳米纤维)和可见光催化活性区(纳米Bi2WO6)，其制备方法包括如下步骤： (1)设计具有与铋离子配位的聚合物p(AN‑g‑PEO)，根据铋离子的结构，N、O能与金属铋离子以配位键形成配合物，选择含腈基、羧基等基团高分子作为成纤聚合物，所设计的接枝物主链为聚丙烯腈，其作为碳纳米纤维的前驱体；设计接枝物规整支链为聚氧乙烯，其作为纳米Bi2WO6的模板分子； (2)制备改性碳纳米纤维可见光催化剂，包括如下步骤：制备含有硝酸铋、钨酸钠静电纺丝液；优选工艺参数，制备复合纳米纤维；筛选碳化温度，同时制备纳米Bi2WO6和碳纳米纤维，具体步骤为： 1)原料的称取：硝酸铋和钨酸钠按照摩尔比(1.5～2)：(1～0.8)； 2)将硝酸铋溶解在N‑N二甲基甲酰胺中，超声振荡1h使分散均匀； 3)将钨酸钠加入上述溶液中，超声振荡1h使分散均匀； 4)将1～4g的p(AN‑g‑PEO)加入上述溶液中，磁力搅拌12小时，得到纺丝前驱液； 5)取上述前驱液5ml移入注射器中，进行静电纺丝，得到纳米纤维膜； 6)将静电纺丝膜在碳化炉里焙烘8～12h，制成制备同时包含有吸附区(碳纳米纤维)和可见光催化活性区(纳米Bi2WO6)的复合纳米纤维。...

【技术特征摘要】
1.一种Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂及其制备方法，其特征是:所述Bi2WO6纳米复合纤维可见光催化剂包括吸附区(碳纳米纤维)和可见光催化活性区(纳米Bi2WO6),其制备方法包括如下步骤: (1)设计具有与铋离子配位的聚合物P(AN-g-PEO)，根据铋离子的结构，N、O能与金属铋离子以配位键形成配合物，选择含腈基、羧基等基团高分子作为成纤聚合物，所设计的接枝物主链为聚丙烯腈，其作为碳纳米纤维的前驱体；设计接枝物规整支链为聚氧乙烯，其作为纳米Bi2WO6的模板分子； (2)制备改性碳纳米纤维可见光催化剂，包括如下步骤:制备含有硝酸铋、钨酸钠静电纺丝液；优选工艺参数，制备复合纳米纤维；筛选碳化温度，同时制备纳米Bi2WO6和碳纳米纤维，具体步骤为: 1)原料的称取:硝酸铋和钨酸钠按照摩尔比(1.5?2): (I?0.8); 2)将硝酸铋溶解在N-N二甲基甲酰胺中，超声振荡Ih使分散均匀； 3)将钨酸钠加入上述溶液中，超声振荡Ih使分散均匀； 4)将I?4g的P(AN-g-PEO)加入上述溶液中，磁力搅拌12小时，得到纺丝前驱液； 5)取上述前驱液5ml移入注射器中，进行静电纺丝，得到纳米纤维膜； 6)将静电纺丝膜在碳化炉里焙烘8?12h，制成制备同时包含有吸附区...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新华，李红章，吴筱，徐珍珍，
申请(专利权)人：安徽工程大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34