一种钨酸铋光催化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种钨酸铋光催化剂的制备方法，属于光催化剂制备技术领域。
背景技术
随着全球资源问题的短缺以及环境问题的恶劣，合理使用以及开发资源逐渐成为新时代能源问题的重中之重。光催化技术主要是基于半导体活性理论，半导体的结构由低能价带、高能导带和价带与导带之间的禁带所组成，当半导体所接收的能量超过禁带宽度的范围时，价带上的电子在受到激发后便会迁移到导带上并会在价带上产生空穴。在催化剂的作用下利用光能通过电子的跃迁将有机物氧化还原成无机物。近些年来，光催化利用太阳能有效降解有机物的绿色环保技术，因为其无毒，环保等所体现出的价值，受到人们的关注，目前已有多种光催化剂被广泛应用于气体或液体污染物质的清除。
传统的二氧化钛光催化剂，禁带宽度为(3.03-3.2eV)，只对紫外光区的光有吸收，与传统的二氧化钛等半导体材料相比，钨酸铋(Bi2WO6)是一种间接带隙跃迁的半导体材料，具有较窄的禁带宽度(2.75-2.9eV)，吸收光的波长可延伸到可见光区域(450nm)，对光的利用率更高，且具有良好的化学稳定性。
目前，钨酸铋光催化剂常用的制备方法有：固相合成法，超声合成法、溶胶-凝胶法等，固相合成法制备的粉体颗粒大、比表面积小，光催化活性不高，且容易掺杂其他杂质，高温还需消耗大量能量，不能有效的调控晶体结构和取向性，不利于有指向地对对其性能进行系统研究和应用；超声合成法是指以超声波为主要能量来源，使反应液震动相互摩擦发生反应，经过洗涤、煅烧等过程加速生成化合物，这种方法制备的产物易团聚从而使得比表面积减小，使得光催化效果降低；溶胶-凝胶法存在的问题则是原材料昂贵，制备样品所花时间长。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种钨酸铋光催化剂的制备方法，方法简单，易于操作，制得的钨酸铋光催化剂比表面积大，粒径小，光催化活性好。
技术方案
一种钨酸铋光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将Na2WO4·2H2O溶解在蒸馏水中，得到钨酸钠水溶液，往钨酸钠水溶液中加入Bi(NO3)3·5H2O，Na2WO4·2H2O与Bi(NO3)3·5H2O的摩尔比为1:2，搅拌至溶解，得到前驱体溶液；
(2)将前驱体溶液置于反应釜中进行水热反应，反应结束后，离心分离出固体，接着分别用无水乙醇和去离子水洗涤2-5次，然后干燥，研磨，得到钨酸铋粉末；
(3)将钨酸铋粉末升温至500-550℃进行煅烧，最后冷却到室温，即得。
进一步，步骤(2)中，所述水热反应的温度为150℃，时间为10-14h。
进一步，步骤(2)中，所述干燥温度为60℃。
进一步，步骤(3)中，所述升温速率为5℃/min。
进一步，步骤(3)中，所述煅烧时间为2-4h。
上述钨酸铋光催化剂用于整理涤纶织物的应用，应用方法为：将钨酸铋光催化剂加入到无水乙醇中，超声溶解后，加入对氨基苯硫酚，搅拌均匀后，加入清洗干净的涤纶织物，振荡浸泡8-12min后，取出涤纶织物，轧去溶液，将涤纶织物烘干，即完成整理。
所述应用方法中，每1g钨酸铋光催化剂加入到250mL无水乙醇中。
所述应用方法中，钨酸铋光催化剂与对氨基苯硫酚的质量比为1:0.02。
本发明的有益效果：本发明提供了一种钨酸铋光催化剂的制备方法，操作简单，成本低，制得的钨酸铋光催化剂比表面积大，粒径小，光催化活性较高，且在可见光下具有一定的光催化效果，利用本发明的钨酸铋光催化剂对涤纶织物进行整理，整理后的涤纶织物具备优良的自清洁性能。
附图说明
图1为实施例1和对比例1制得的钨酸铋光催化剂的XRD图；
图2为对比例1制得的钨酸铋光催化剂的SEM图；
图3为实施例1制得的钨酸铋光催化剂的SEM图；
图4为实施例1制得的钨酸铋光催化剂的光催化活性测试结果；
图5为涤纶织物经实施例1制得的钨酸铋光催化剂整理后的紫外可见光吸收光谱；
图6为涤纶织物经实施例1制得的钨酸铋光催化剂整理后的催化活性测试结果。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种钨酸铋光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将Na2WO4·2H2O(0.5mmol)溶解在50mL蒸馏水中，得到钨酸钠水溶液，往钨酸钠水溶液中加入Bi(NO3)3·5H2O(1mmol)，搅拌至溶解，得到前驱体溶液；
(2)将前驱体溶液置于反应釜中进行水热反应，水热反应的温度为150℃，时间为12h，反应结束后，离心分离出固体，接着分别用无水乙醇和去离子水洗涤,3次，然后60℃干燥，研磨，得到钨酸铋粉末；
(3)将钨酸铋粉末以5℃/min的升温速率升温至500℃，煅烧2h，最后冷却到室温，即得钨酸铋光催化剂。
对比例1
一种钨酸铋光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将Na2WO4·2H2O(0.5mmol)溶解在50mL蒸馏水中，得到钨酸钠水溶液，往钨酸钠水溶液中加入Bi(NO3)3·5H2O(1mmol)，搅拌至溶解，得到前驱体溶液；
(2)将前驱体溶液置于反应釜中进行水热反应，水热反应的温度为150℃，时间为12h，反应结束后，离心分离出固体，接着分别用无水乙醇和去离子水洗涤,3次，然后60℃干燥，研磨，得到钨酸铋光催化剂。
实施例1和对比例1制得的钨酸铋光催化剂的XRD图见图1，由图1可以看出，经过煅烧的钨酸铋颗粒(实施例1)和未经过煅烧的钨酸铋粒子(对比例1)相比，它们的XRD图谱相似，这说明，在制备钨酸铋纳米片粒子的过程中是否进行高温煅烧并不会改变其衍射峰的位置，而经过煅烧的钨酸铋纳米片衍射峰位置比未经过煅烧的钨酸铋粒子要整体高出很多，两者对比以后就更清晰地突出了高温煅烧后的钨酸铋纳米片晶型更好，经过煅烧的钨酸铋纳米片结晶性更好。
对比例1制得的钨酸铋光催化剂的SEM图见图2，实施例1制得的钨酸铋光催化剂的SEM图见图3，由图2-3可以看出，实施例1制得的钨酸铋光催化剂尺寸由尺寸范围为1.600-2.751um多孔纳米片组成，单层钨酸铋纳米片厚度64.81um,多层钨酸铋纳米片厚度大约为686.0um，放大的SEM图像进一步表明，钨酸铋纳米片是由多层纳米晶体组装而成，实施例1和对比例1制得的钨酸铋光催化剂结构有所不同，实施例1制得的钨酸铋光催化剂呈花状，而花状结构具有更大的比表面积，空隙率高，这有利于光生载流子的分离，从而提高光催化效果。
1.光催化活性测试
在烧杯中加入0.1g实施例1制得的钨酸铋光催化剂和100mL的质量浓度为20mg/L的亚甲基蓝溶液，用锡箔纸包覆在烧杯上后磁力搅拌器上避光搅拌半小时，在氙光光源下(分两组，一组不加滤光片，即为紫外可见光，另一组加滤光片，可滤过紫外光，即为可见光)进行光催化降解实验，同时打开紫外可见分光光度计，每十分钟取一次反应溶液，离心分离后，移取上层清液，一共测试在一个小时里的变化情况，用紫外可见分光光度计测定染料溶液的吸光度。染料的降解率由吸光度的变化率来表示。按下述公式计算染液降解速率:
式中:η：MB溶液的降解率，％；
A0：MB溶液的吸光度；
A：光照t min时的MB溶液的吸光度；
C0：MB溶液的浓度，mol/L；
C：光照t min时的MB溶液的浓度，mol/L；
测试结果见图4。
由图4可以看出，分别在可见光下与紫外可见光下进行光催化实验，在紫外可见光下钨酸铋具有更好的光催化性能，而在可见光下，光催化较紫外可见光下有下降，但是仍具有一定的光催化效果，这说明钨酸铋具有一定的可见光活性。
2.将实施例1制得的钨酸铋光催化剂应用于涤纶织物的整理，测试整理前后涤纶织物的性能
应用方法：取0.1g实施例1制备的钨酸铋光催化剂加入到25mL无水乙醇中，超声溶解后，加入0.002g对氨基苯硫酚，搅拌均匀后，加入5cm×5cm、清洗干净的涤纶织物，振荡浸泡10min后，取出涤纶织物，轧去溶液，将涤纶织物烘干，即完成整理。
2.1使用普析TU-1901双光束紫外可见分光光度计测试整理前后涤纶织物的紫外可见光吸收光谱，波长范围为：200～800nm，光谱带宽为1nm。结果见图5。
由图5可以看出，经过钨酸铋纳米片整理后的涤纶织物呈现出良好的可见光吸收率，表明经过钨酸铋纳米片整理后的涤纶织物可以更有效地吸收可见光。
2.2将整理前的涤纶织物和整理后的涤纶织物进行光催化活性测试
甲基橙(MO)染料有发色基团，通过光催化自清洁颜色变浅，通过测试涤纶织物整理前后K/S值的变化来表征涤纶织物的光催化活性，K/S值为织物表面色深值。
测试方法：在分光光度仪下找到染色前后涤纶的最大吸收波长，然后再使用电脑测配色系统，把原始涤纶作为标准样，将染色织物放在探照头上，分别测试染色前后涤纶的数据，然后选择计算K/S值，按下述公式计算：
式中：R：有色试样趋于无限厚或没有透射时的反射率；
R0：染色前趋于无限厚或没有透射时的反射率；
K：吸收系数；
S：散射系数；
K/S：表面色深值。
测试涤纶织物K/S值的变化,按下述公式计算：
式中:η：织物的光降解率，％；
m0：未吸附MO溶液时织物的K/S值；
m1：吸附MO溶液时后织物的K/S值；
m：光照t min时织物的K/S值。
测试结果见图6，由图6可以看出，随着光照时间增加，钨酸铋纳米片改性的涤纶织物K/S值降低，说明经过太阳光照射后钨酸铋纳米片改性涤纶织物上的甲基橙被逐渐降解，造成织物表面色深下降。
2.3自清洁性能测试
实验方法：将整理前的涤纶织物和整理后的涤纶织物放在两个烧杯中，分别加入5g/L浓度的甲基橙，避光浸泡30min，浸泡过后放入60℃的烘箱中烘干，烘干后放在自然太阳光线下照射六小时，通过拍照比较织物表面颜色的变化，如此反复三次日照实验。
实验结果：经过六小时后，经实施例1的钨酸铋光催化剂整理后的涤纶织物已经有了轻微的减退，但与未经整理的涤纶织物相比较差别不大；在经过24h暴晒后，与未经整理的涤纶织物相比，整理后涤纶织物褪色更明显，这说明经过钨酸铋光催化剂整理后的涤纶织物具有一定的自清洁效果。
