水熱法制備鎢酸鉍及其光催化性能

崔心蕾，余夢春，王哲禹

（綏化學院，黑龍江綏化 152001）

1 概述

在如今這個科學技術不斷更新的社會中，環(huán)境污染和能源日漸枯竭的問題不斷發(fā)生，解決這兩大難題成為人類共同的愿望。如今，許多人還沒有保護環(huán)境的意識，許多工廠產生的廢水沒有采取任何處理過程就隨意排放，生活中產生的污水也不經過集中處理，不合理地使用化肥農藥等問題使得環(huán)境越來越糟糕，現如今水污染已經成為世界性難題。鎢酸鉍半導體光催化劑能夠有效地降解有機污染物，并且在可見光照射下能被激發(fā)，所以其活性非常高。與此同時能夠催化分解水，具有非常好的發(fā)展前景。

2 實驗部分

2.1 試劑與儀器

（1）試劑：去離子水為實驗室自制，五水合硝酸鉍、二水合鎢酸鈉、硝酸、氫氧化鈉、亞甲基藍、無水乙醇和十六烷基三甲基溴化銨均為分析純。

（2）儀器：電子天平、磁力攪拌器、電熱恒溫鼓風干燥箱、超聲波清洗器、離心機、馬弗爐、X-射線衍射儀、紫外可見分光光度計。

2.2 材料的制備

在10mL 的稀硝酸中溶解0.971g 的Bi（NO3）3·5H2O 作為A 溶液，在20mL 去離子水中0.329g 的Na2WO4·2H2O 作為B 溶液，在磁力攪拌下將溶液B 逐滴加入A 中，加入表面活性劑CTAB 為0.1g，攪拌使懸浮液分散均勻。得到的懸浮液用NaOH 調節(jié)pH，然后將懸浮液移至聚四氟乙烯反應釜中，將反應釜置于烘箱中進行水熱反應，待反應結束后將反應釜取出，自然冷卻到室溫。將產品轉移到離心管中利用離心機進行高速離心，離心過程中得到的樣品使用去離子水和乙醇交替洗滌三次，隨后在60℃的烘箱中干燥8h，烘干后的產物放入300℃馬弗爐中焙燒2h 后得到Bi2WO6。

2.3 光催化性能測試

取10mL 10mg/L 的亞甲基藍溶液于石英管中，然后稱取0.005g 的Bi2WO6樣品加入石英管中，黑暗處磁力攪拌30min后，在300W 的氙燈光照下反應，每隔15min 取一次樣，在離心機中進行高速離心，取離心后的上清液于664nm 的紫外分光光度計中測量其吸光度，然后計算降解率。

3 結果與分析

3.1 制備條件對鎢酸鉍光催化性能的影響

圖1為不同pH 下制備的Bi2WO6光催化劑對亞甲基藍的降解率曲線。由圖1可以看出，光照60min 后pH 等于1、3、6、9的降解率分別為85.62%、87.93%、84.91%、62.68%。pH 為3時合成的Bi2WO6對亞甲基藍催化效果最好。當pH 為1時，可能因為催化劑生長的形貌不均一或產生結塊，使得催化劑的光催化活性不高。當pH 大于3時，鎢酸鉍光催化劑的光催化活性逐漸減小，這是由于前驅體的pH 越大，催化劑的粒徑尺寸平均偏大，導致的光催化活性越低。

圖1 反應pH對鎢酸鉍光催化性能的影響

圖2為不同反應溫度下制備的Bi2WO6光催化劑對亞甲基藍的降解率曲線。由圖2可知，光照60min 后溫度為120℃、140 ℃、160 ℃、180 ℃的降解率分別為54.30%、70.82%、87.96%、60.62%，溫度為160℃時降解率最好。當溫度低于160℃時，由于某些物質不能完全分解揮發(fā)而導致催化劑的活性偏小。當溫度升高到180℃時，因為溫度偏高，生成的顆粒尺寸較大，所以表面積減小，從而導致使其活性位點較低。

圖3為不同反應時間下制備的Bi2WO6光催化劑對亞甲基藍的降解率曲線。由圖3 可知，光照60min 后，反應時間為2h、4h、6h、8h 的降解率分別為80.09%、87.99%、72.49%、52.10%。水熱反應時間為4h 制備的Bi2WO6光催化劑對亞甲基藍的降解效果最好。當反應時間長于4h 時鎢酸鉍光催化劑對亞甲基藍的降解效果逐漸降低，這可能是由于反應時間過長導致催化劑的活性被抑制，而使其結構發(fā)生了一定程度上的改變。當反應時間過短時，可能因為光催化劑的反應不夠充分，而使其光催化性能較低。

圖2 反應溫度對鎢酸鉍光催化性能的影響

圖3 反應時間對鎢酸鉍光催化性能的影響

圖4 為不同焙燒溫度下制備的Bi2WO6光催化劑對亞甲基藍的降解率曲線。從圖4可看出，光照60min 后焙燒溫度為200 ℃、300 ℃、400 ℃、500 ℃的降解率分別為81.05%、87.99%、69.69%、68.63%。當焙燒溫度為300℃時對染料的降解率最好。焙燒溫度為200℃時，可能是因為有的有機物質未完全揮發(fā)，催化劑孔道被堵住，致使其活性位點較低。焙燒溫度400℃后催化劑對染料的降解率逐漸降低，可能是由于溫度過高使催化劑的結構遭到破壞導致活性位點減少，所以催化劑的催化性能降低。

圖4 焙燒溫度對鎢酸鉍光催化性能的影響

3.2 鎢酸鉍樣品的結構分析

圖5 最佳條件下制取的Bi2WO6材料的前驅體及300℃焙燒后的樣品XRD圖

圖5 顯示的為最佳條件下制備的Bi2WO6的前驅體以及300℃焙燒后樣品的XRD 圖。由圖5可知，沒有生成雜亂的峰，證明合成出的樣品比較純凈，生成的峰型都是較尖銳的，證明得到的樣品的晶型較好。并且每一個衍射峰生成的位置都能與鎢酸鉍的標準卡片（JCPDS NO.39-0256）相對應[3]。所以無論是前驅體還是焙燒后的樣品都是比較純凈且晶型較好的鎢酸鉍材料。

4 結束語

本論文采用水熱法合成鎢酸鉍光催化劑，目標降解物為亞甲基藍，對所合成的催化劑的催化性能進行了研究分析，主要結論如下：

1）采用水熱法合成鎢酸鉍，最佳的合成條件是pH 為3，反應時間為4h，反應溫度是160℃，焙燒溫度為300℃，焙燒時間為2h。在氙燈照射下，鎢酸鉍光催化劑在60min 內對亞甲基藍的降解率可達87.99%。

2）對最佳合成條件下制備的樣品進行XRD 檢測，產生的衍射峰與鎢酸鉍標準卡片一致，證明合成的樣品無論是前驅體還是焙燒后的都是純度較高且結晶性較好的Bi2WO6材料。