[发明专利]具有高光催化活性的纳米银负载三氧化钨的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有高光催化活性的纳米银负载三氧化钨的制备方法，属无机光催化剂制备工艺技术领域。

背景技术

三氧化钨（WO₃）是一种重要的光催化半导体材料，该材料广泛应用于半导体多相光催化技术解决工业废水和生活污水污染治理领域。

WO₃纳米材料的传统制造方法有激光沉积法、溶胶-凝胶法、真空蒸发法、高温气相法等。这些方法或生长控制参数精度要求高，重现性较差，或产物的纳米结构尺寸不均一，难以控制粒径大小，不便于产业化。同时，虽然WO₃光催化稳定性良好, 既可以做主催化剂又可以做助催化剂，对光催化降解水中污染物也有较理想的催化效果，但由于WO₃的吸收波长范围窄，主要在紫外区，对太阳光的利用率低；再者，WO₃半导体光催化剂受到光激发产生电子e^- 和空穴h⁺，由于h⁺ 易于和e^- 复合，从而会影响催化剂的光催化活性。随着环境整治和工业废水及生活废水污染处理等领域的发展，对于半导体多相光催化技术的需求越来越大，因此有必要发展简单、廉价、环保的方法批量制造WO₃材料，同时，如何降低其复合率，延长h⁺ 和e^- 寿命，提高氧化还原能力也是研究提高光催化剂催化活性的关键。

本发明所述的方法采用离子交换/水热法，以钨酸纳为原料，去离子水做为反应溶剂，成本低廉，制得的产品WO₃纳米片形貌均一，分散性良好。同时，在催化剂表面负载贵金属Ag，由于Ag在催化剂表面上沉积，可形成细小的金属颗粒聚焦点，从而形成了电子积累中心，对催化剂的自由电子有最佳的吸引，增大光生电子和空穴的分离几率，使催化剂的光催化活性提高。目前，用贵金属修饰氧化钨光催化剂表面以改善其光催化活性的方法中，基本都涉及贵金属纳米晶的掺杂，其制备方法工艺复杂，涉及多种有机溶剂，很难做到环境友好。而采用本发明方法制作的纳米银负载三氧化钨光催化剂在做到制备工艺简单，操作流程环境友好的同时，完全满足高催化活性的要求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足，提供一种具有高光催化活性的纳米银负载三氧化钨的制备方法。

本发明一种具有高光催化活性的纳米银负载三氧化钨的制备方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：

a. 氧化钨片状纳米材料的制备：将一定量的钨酸钠在一定量的去离子水中用超声使其充分分散溶解，超声时间为10～60分钟，配制得到质量浓度为170～180g/L的溶液；然后将该溶液均匀通过阳离子交换树脂填弃柱，控制交换速度为25～50滴/分钟，进行充分交换，得到钨酸浅黄色胶体；随后静置陈化18～24小时，并在160～180℃下水热反应24小时；然后分别用乙醇和去离子水各洗涤3～5次；烘干后制得三氧化钨片状纳米材料；

b. 紫外光还原：将一定量的质量浓度为0.4wt%的硝酸银溶液，在其中加入适量硝酸，使溶液成为pH=1的酸性体系；然后避光置于超声波发生器中超声分散10～30分钟；然后将上述制得的氧化钨片状纳米材料加入到上述硝酸银溶液中，并在超声波发生器中超声分散20～40分钟，随后置于紫外光波长为254nm的紫外灯下光还原15～30分钟；最终获得产物；

c. 后续处理：将上述产物进行离心并用倾析法滤去上层清液，用乙醇和去离子水分别洗涤2～4次，随后以湿润状态转移至另一器皿，在电加热装置上进行加热焙烧，加热焙烧温度为250～320℃，加热时间为5～25分钟；最终得到具有高光催化活性的纳米银负载三氧化钨光催化剂。

本发明的优点如下：本发明采用离子交换/水热法制备WO₃纳米片，成本低廉，工艺操作简单，便于工业化。而在光还原法负载贵金属Ag的基础上，在湿润状态加以焙烧以此来提高(Ag/ WO₃)负载型光催化粒子催化活性的方法简单易行，易于操作，且在国内外的文献中未有报道。

本发明的反应机理： 本发明制备方法中主要有以下反应：