Bi 2WO6 制備條件的優(yōu)化分析

辛丙靖 李 鵬*

（1、吉林化工學(xué)院 資源與環(huán)境工程學(xué)院，吉林 吉林132000 2、北華大學(xué) 理學(xué)院，吉林 吉林132013）

鎢酸鉍(Bi2WO6)是最簡(jiǎn)單的奧氏體相氧化物之一，有著優(yōu)異的鐵電壓電、熱電、催化性能氧化陰離子導(dǎo)電性能、非線性介電敏感性和發(fā)光性能等物理化學(xué)性能[1]。Bi2WO6晶體是由Bi2O2分子層與WO6八面體層交替排列組成，其晶體結(jié)構(gòu)由WO6八面體通過(guò)共頂點(diǎn)的方式相互連接而成的正交晶相[2]。

隨著研究人員的研究發(fā)現(xiàn)，Bi2WO6是Aurivillius（奧里維里斯）化合物中一種簡(jiǎn)單的n 型寬帶隙新型半導(dǎo)體光催化材料，同時(shí)Bi2WO6也是一種非金屬含氧酸鹽結(jié)構(gòu)的新型光催化劑。由于鎢酸根離子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不易發(fā)生光腐蝕等優(yōu)點(diǎn)成為了近年以來(lái)半導(dǎo)體光催化材料領(lǐng)域里的一個(gè)研究重點(diǎn)，但是因Bi2WO6的禁帶寬度比較大，所以只能在紫外光或部分可見(jiàn)光的條件下才能夠激發(fā)其催化性能[3]，通過(guò)尋找合適的配體負(fù)載在Bi2WO6上，以此來(lái)減少Bi2WO6的禁帶寬度是現(xiàn)在研究人員的研究重點(diǎn)。

1 合成方法

Bi2WO6的制備：次硝酸鉍與鎢酸鈉完全反應(yīng)的摩爾比為2：1，稱取7.31g 次硝酸鉍固體（5mmol）與0.2g 檸檬酸溶于30ml 的蒸餾水中，并用磁力攪拌器攪拌10min，其中檸檬酸的作用是加速水熱結(jié)晶的速度，生成具有特殊晶相的納米粒子。在攪拌溶解完畢后，向其中加入0.82g 的鎢酸鈉固體（2.5mmol）繼續(xù)攪拌60min 后倒入聚四氟乙烯反應(yīng)罐于不銹鋼反應(yīng)釜中放入烘箱中進(jìn)行水熱結(jié)晶過(guò)程，隨后用無(wú)水乙醇和蒸餾水進(jìn)行反復(fù)的清洗，最后進(jìn)行干燥、研磨得到白色固體粉末，即純相Bi2WO6。

2 樣品清洗方式的探究

在初步的前驅(qū)液和水熱結(jié)晶的環(huán)境體系中，本試驗(yàn)采用單一變量控制法進(jìn)行試驗(yàn)分析，通過(guò)固定初始的次硝酸鉍、檸檬酸以及鎢酸鈉的投料量分別為7.31g（5mmol）、0.2g 以及0.82g（2.5mmol），設(shè)置水熱結(jié)晶反應(yīng)的時(shí)間為h，水熱結(jié)晶反應(yīng)溫度為180℃，對(duì)樣品的清洗方式進(jìn)行定性分析（表1）。

樣品的清洗方式?jīng)Q定樣品的純度和外觀，清洗的方式包括有醇洗、水洗以及醇水混洗。經(jīng)過(guò)對(duì)制備出的Bi2WO6樣品的外觀觀察和表征分析。首先經(jīng)過(guò)外觀的觀察，能夠發(fā)現(xiàn)只用水洗的樣品，該樣品潮濕。用醇洗的方式進(jìn)行清洗的樣品在同等溫度和烘干時(shí)間下，能夠得到干燥松散的樣品。用醇洗混合液進(jìn)行清洗，樣品的外觀與只用醇洗的樣品一致。

在對(duì)三種方式的得到的樣品進(jìn)行XRD 表征分析，其分析結(jié)果如圖1 所示，針對(duì)三個(gè)樣品用X-ray 進(jìn)行衍射分析4°～40°的入射角，得到結(jié)晶相衍射峰，經(jīng)查閱文獻(xiàn)得知[4]Bi2WO6的衍射峰在4°～40°之間出現(xiàn)在28.30°和32.79°，從三個(gè)XRD 衍射圖譜中均能發(fā)現(xiàn)，證明在這一條件下進(jìn)行水熱合成法，確實(shí)能合成出Bi2WO6，但是從圖譜中發(fā)現(xiàn)在10.76°、25.92°以及31.70°也出現(xiàn)衍射峰，說(shuō)明對(duì)樣品清洗的不是很徹底，存在雜質(zhì)。

表1 樣品清洗方式外觀分析表

最后通過(guò)對(duì)三個(gè)XRD 衍射圖譜的分析，采用醇洗的方式在同等烘干條件下能夠得到干燥松散的樣品，而用水洗的方式得到的雜質(zhì)較少，但是選擇醇水混洗的方式既能得到雜質(zhì)較少的樣品，還能讓該樣品呈現(xiàn)干燥、松散的外觀。

3 水熱結(jié)晶反應(yīng)時(shí)間的探究

結(jié)晶時(shí)間是水熱合成Bi2WO6至關(guān)重要的一步，針對(duì)這一條件的討論，本試驗(yàn)通過(guò)設(shè)置初始次硝酸鉍、檸檬酸以及鎢酸鈉的投料量分別為3.4g（2.5mmol）、0.2g 以及0.4g（1.25mmol），溶于15ml 的蒸餾水，經(jīng)過(guò)磁力攪拌器的攪拌，放入180 攝氏度烘箱中進(jìn)行水熱結(jié)晶，樣品的清洗方式為醇水混洗（無(wú)水乙醇與蒸餾水的體積比為1：2），通過(guò)改變烘箱反應(yīng)時(shí)間來(lái)探究最適合進(jìn)行水熱結(jié)晶反應(yīng)的時(shí)間，并通過(guò)以水樣中環(huán)丙沙星（CIP）的去除率為指標(biāo)，對(duì)制備出的樣品進(jìn)行定性和定量的分析。

如表2 所示，在針對(duì)水熱結(jié)晶反應(yīng)時(shí)間的討論，可以總結(jié)出，在同一時(shí)間點(diǎn)取樣取樣，計(jì)算該一時(shí)間點(diǎn)水體中CIP 的濃度是隨著結(jié)晶時(shí)間的增長(zhǎng)而減少，在反應(yīng)14 小時(shí)后，基本結(jié)晶結(jié)束，因?yàn)槠浜铣珊炕颈３衷?.1 左右（因存在操作誤差，使產(chǎn)量在14h 后存在些許差異，但可以忽略不計(jì)），而同一個(gè)結(jié)晶時(shí)間制備出的Bi2WO6隨著光催化進(jìn)行的時(shí)間的增長(zhǎng)，水體中的CIP 也逐漸降低，進(jìn)一步證明出用水熱合成法制備出的Bi2WO6還是存在一定的催化效果。從水體中CIP 的去除率的角度上看，通過(guò)分析計(jì)算得到各時(shí)間取樣點(diǎn)CIP 的去除率，該組所有樣品均是隨著光催化反應(yīng)時(shí)間的增長(zhǎng)，去除率越高，最高可達(dá)到58.28%

對(duì)進(jìn)行水熱結(jié)晶反應(yīng)時(shí)間為14h 的樣品進(jìn)行XRD 表征分析，其XRD 衍射圖譜見(jiàn)圖2。將樣品放在X-ray 衍射儀下進(jìn)行掃描2θ=4°～80°下的強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)該樣品在28.32°、32.28°、47.16°、55.96°以及58.60°分別有Bi2WO6的特征強(qiáng)度峰，符合通過(guò)文獻(xiàn)查閱得到的Bi2WO6特征強(qiáng)度峰。

圖1 樣品清洗方式XRD 圖譜

圖2 水熱結(jié)晶14h 樣品XRD 圖譜

4 結(jié)論

本文我們討論清洗方式和結(jié)晶時(shí)間兩個(gè)因素在鎢酸鉍制備過(guò)程中對(duì)樣品純度的影響。結(jié)果表明，醇水混合洗的方式比較適合樣品的清洗，有利于去除樣品表明的雜質(zhì)；結(jié)晶溫度為14小時(shí)，得到的樣品純度最優(yōu)。