一种Bi2WO6/PTCDA复合光催化剂及其制备方法和应用

一种bi2wo6/ptcda复合光催化剂及其制备方法和应用
技术领域
1.本发明涉及光催化材料技术领域，尤其涉及一种bi2wo6/ptcda复合光催化剂的制备方法。


背景技术：

2.随着经济的快速发展，大量内分泌干扰物从人类生产和生活过程中不断释放，以环丙沙星(cip)为代表的化合物更是在水体环境中频繁被检出。难以自然降解的cip会破坏动植物生存环境，并对生命健康造成极大威胁。然而传统的废水处理方法如生物法、吸附法存在投资大，运行成本高昂，产生二次污染等问题难以广泛应用。因此，迫切需要一种节能高效且绿色环保的污水处理技术去除cip。
3.光催化技术作为一种具有广阔前景的废水处理和太阳能开发技术，以其低成本、高效率、绿色环保等优点受到广泛关注。光催化技术是基于半导体材料特殊的能带结构而建立的一种新型技术，其核心是半导体光催化剂。
4.到目前为止，绝大多数光催化剂材料(tio2、zno等)对可见光的响应都弱，极大地限制了太阳光的利用。为了尽可能地利用太阳能，人们开发了许多具有可见光活性的光催化剂。其中钨酸铋(bi2wo6)由于其成本低，无毒性和良好的可见光响应性在众多光催化材料中脱颖而出。然而，纯bi2wo6光催化剂在反应过程中光生电子空穴对容易复合限制了其光催化活性。目前已有的改性策略包括形貌调控、离子掺杂以及构建异质结等。本发明采用简易水热法制备一种bi2wo6/ptcda复合光催化剂，其中ptcda的引入有利于光催化性能的提升，与bi2wo6构成异质结后促进了光生载流子的分离与转移。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种稳定高效且对环境友好的bi2wo6/ptcda复合光催化剂及其制备方法和应用，以提升光生载流子的分离转移效率，改善纯bi2wo6的光催化降解环丙沙星活性。
6.为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
7.一种bi2wo6/ptcda复合光催化剂，所述bi2wo6/ptcda的微观形貌为三维花状。
8.进一步的，上述一种bi2wo6/ptcda复合光催化剂的制备方法，包括步骤如下：
9.s1、将一定量的钨酸钠在磁力搅拌下溶解于去离子水中，记作溶液a；
10.s2、将一定量的硝酸铋加入至溶液a中继续搅拌至完全溶解，记作溶液b；
11.s3、将一定量的ptcda分散到去离子水中超声，记作溶液c；
12.s4、随后将溶液c缓缓倒入到溶液b中经搅拌形成均匀分散的前驱体悬浮液，转移至聚四氟乙烯内胆并封至不锈钢反应釜中进行水热反应；
13.s5、待反应结束后自然冷却至室温，将水热产物进行数次离心清洗处理，接着放入烘箱干燥，碾磨即得三维花状bi2wo6/ptcda复合光催化剂。
14.根据本发明优选的，步骤s1中钨酸钠质量为0.33g，去离子水体积为30ml，磁力搅
拌速度为500r/min，搅拌时间为15min。
15.根据本发明优选的，步骤s2中硝酸铋质量为0.97g，磁力搅拌速度为500r/min，搅拌时间为60min。
16.根据本发明优选的，步骤s3中ptcda质量为0.005～0.05g，去离子水体积为10ml，超声时间为30min。
17.根据本发明优选的，步骤s4中磁力搅拌速度为500r/min，搅拌时间为30min；其水热反应的条件：水热温度为180℃，水热时间为20h。
18.根据本发明优选的，步骤s5中离心清洗处理所用试剂为去离子水和无水乙醇。
19.根据本发明优选的，步骤s5中烘箱干燥条件：干燥温度为80℃，干燥时间为10～12h。
20.另外，本发明还提供了一种bi2wo6/ptcda复合光催化剂在光催化降解环丙沙星中的应用。
21.本发明与现有技术相比具有以下优点：
22.(1)本发明采用水热法所制备的bi2wo6/ptcda复合光催化剂性能稳定，且与纯bi2wo6相比，表现出更高的催化活性；
23.(2)本发明通过引入有机半导体-ptcda构建了异质结，ptcda自身具有良好的导电性，能有效促进光生载流子的分离和迁移；
24.(3)操作步骤简单，生产成本低，可控性高，制备得到的复合光催化剂循环稳定性好，为设计环境友好型光催化剂提供了可行性。
附图说明
25.图1是实施例2所制备的2％bi2wo6/ptcda复合光催化剂的sem图；
26.图2是对比例所制备的bi2wo6的sem图；
27.图3是实施例2制备的2％bi2wo6/ptcda复合光催化剂和对比例制备的三维花状bi2wo6光催化剂的xrd图；
28.图4是应用例中光催化剂光催化降解环丙沙星的降解率对比图。
具体实施方式
29.下面结合具体实施例来进一步描述本发明。应当说明的是，本领域技术人员应当理解，在不偏离本发明范围下可以对本发明方案的细节和形式进行改进和润饰，但这些改进和润饰均落入本发明的保护范围内。
30.实施例1：一种1％bi2wo6/ptcda复合光催化剂的制备方法(其中1％表示加入的ptcda的质量分数，下同)，具体步骤如下：
31.将0.33g钨酸钠在磁力搅拌下溶解于30ml去离子水中，记作溶液a；接着在上述溶液中加入0.97g硝酸铋，继续搅拌60min至完全溶解，记作溶液b；将0.0098g ptcda分散到10ml去离子水中超声30min，记作溶液c；随后将溶液c缓缓倒入到溶液b中经搅拌形成均匀分散的前驱体悬浮液，转移至聚四氟乙烯内胆并封至不锈钢反应釜中进行水热反应，水热温度为180℃，水热时间为20h。待反应结束后自然冷却至室温，将水热产物依次用去离子水和无水乙醇进行离心清洗，放入烘箱80℃干燥12h，碾磨即得1％bi2wo6/ptcda复合光催化
剂。
32.实施例2：一种2％bi2wo6/ptcda复合光催化剂的制备方法，具体步骤如下：
33.将0.33g钨酸钠在磁力搅拌下溶解于30ml去离子水中，记作溶液a；接着在上述溶液中加入0.97g硝酸铋，继续搅拌60min至完全溶解，记作溶液b；将0.0198g ptcda分散到10ml去离子水中超声30min，记作溶液c；随后将溶液c缓缓倒入到溶液b中经搅拌形成均匀分散的前驱体悬浮液，转移至聚四氟乙烯内胆并封至不锈钢反应釜中进行水热反应，水热温度为180℃，水热时间为20h。待反应结束后自然冷却至室温，将水热产物依次用去离子水和无水乙醇进行离心清洗，放入烘箱80℃干燥12h，碾磨即得2％bi2wo6/ptcda复合光催化剂。
34.实施例2所制备的2％bi2wo6/ptcda复合光催化剂的sem图如图1所示，从图中可以看到观察到一些棱柱形的ptcda很好的固定在bi2wo6的表面，总体仍呈现出三维花状的微观结构。
35.实施例3：一种3％bi2wo6/ptcda复合光催化剂的制备方法，具体步骤如下：
36.将0.33g钨酸钠在磁力搅拌下溶解于30ml去离子水中，记作溶液a；接着在上述溶液中加入0.97g硝酸铋，继续搅拌60min至完全溶解，记作溶液b；将0.03g ptcda分散到10ml去离子水中超声30min，记作溶液c；随后将溶液c缓缓倒入到溶液b中经搅拌形成均匀分散的前驱体悬浮液，转移至聚四氟乙烯内胆并封至不锈钢反应釜中进行水热反应，水热温度为180℃，水热时间为20h。待反应结束后自然冷却至室温，将水热产物依次用去离子水和无水乙醇进行离心清洗，放入烘箱80℃干燥12h，碾磨即得3％bi2wo6/ptcda复合光催化剂。
37.实施例4：一种4％bi2wo6/ptcda复合光催化剂的制备方法，具体步骤如下：
38.将0.33g钨酸钠在磁力搅拌下溶解于30ml去离子水中，记作溶液a；接着在上述溶液中加入0.97g硝酸铋，继续搅拌60min至完全溶解，记作溶液b；将0.0404g ptcda分散到10ml去离子水中超声30min，记作溶液c；随后将溶液c缓缓倒入到溶液b中经搅拌形成均匀分散的前驱体悬浮液，转移至聚四氟乙烯内胆并封至不锈钢反应釜中进行水热反应，水热温度为180℃，水热时间为20h。待反应结束后自然冷却至室温，将水热产物依次用去离子水和无水乙醇进行离心清洗，放入烘箱80℃干燥12h，碾磨即得4％bi2wo6/ptcda复合光催化剂。
39.对比例:一种三维花状bi2wo6光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
40.将0.33g钨酸钠在磁力搅拌下溶解于30ml去离子水中，随后在上述溶液中加入0.97g硝酸铋，继续搅拌60min至均匀混合后，转移至反应釜中进行水热反应，水热温度为180℃，水热时间为20h。待反应结束后自然冷却至室温，将水热产物依次用去离子水和无水乙醇进行离心，放入烘箱80℃干燥12h，碾磨即得三维花状bi2wo6光催化剂。
41.对比例所制备的bi2wo6的sem图如图2所示，从图中可以看到bi2wo6呈现直径约2～3μm的三维花状的微观结构，实际是由大量二维纳米片自组装而成。
42.应用例：环丙沙星的光催化降解
43.将本发明实施例1制备的1％bi2wo6/ptcda、实施例2制备的2％bi2wo6/ptcda、实施例3制备的3％bi2wo6/ptcda、实施例4制备的4％bi2wo6/ptcda和对比例制备的bi2wo6用于环丙沙星的光催化降解实验中，过程中所用的模拟光源均为500w氙灯，详细步骤如下：
44.将50mg本发明实施例1制备的1％bi2wo6/ptcda、50mg实施例2制备的2％bi2wo6/
ptcda、50mg实施例3制备的3％bi2wo6/ptcda、50mg实施例4制备的4％bi2wo6/ptcda和50mg对比例制备的bi2wo6均匀分散到100ml 10mg/l的环丙沙星溶液中，在黑暗条件下搅拌40min，以达到光催化剂与环丙沙星之间的吸附解吸平衡。开启光源后，每隔20min用医用注射器吸取5ml液体并用0.45μm滤膜滤去固体，随后使用紫外可见分光光度计在275nm处测量溶液的吸光度。
45.图4为本应用例中光催化剂光催化降解环丙沙星的降解效率对比图。由图可知，实施例1-4制备的复合光催化剂均呈现出优于对比例制备的bi2wo6光催化剂，其中实施例2制备的2％bi2wo6/ptcda复合光催化剂对环丙沙星的光催化降解效率最高，可达90.18％。