一種不同納米晶型WO₃的可控合成方法及其在廢水中的應(yīng)用
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種不同納米晶型WO3的可控合成方法及其在廢水處理中的應(yīng)用，本發(fā)明首先以鎢酸銨作為鎢源，以十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）作為形貌調(diào)控劑，通過(guò)硝酸酸化獲得鎢酸，最后在200~500攝氏度下焙燒12小時(shí)得到形似花狀不同晶型的三氧化鎢。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：1、本發(fā)明的納米材料是首次可控合成了不同晶型的WO3；2、本發(fā)明的納米材料具有較好的納米吸附和光催化協(xié)同作用。3、本發(fā)明提供的制備方法簡(jiǎn)單易行、生產(chǎn)成本低廉、純度高，制備的不同晶型WO3納米材料比表面積高、吸附性能好且煅燒后可重復(fù)使用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
_種不同納米晶型W〇3的可控合成方法及其在廢水中的應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種可控合成不同納米晶型W〇3納米材料的方法及其在廢水中的應(yīng)用?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]我國(guó)對(duì)染料的使用歷史主要是隨著織布技術(shù)逐漸發(fā)展起來(lái)的，大約在公元前3000 多年時(shí)，就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有先祖開(kāi)始使用天然染料;史載記錄我們的先祖主要從植物中提取靛藍(lán)、菘藍(lán)和紅花作為染料，還有從貝和螺中制取泰雅紅紫染料等。過(guò)去使用的染料一般均為天然染料，即直接或間接從動(dòng)物、植物乃至礦產(chǎn)中精煉而得到的。由于當(dāng)時(shí)的科學(xué)技術(shù)落后，很少經(jīng)過(guò)化學(xué)處理和加工，穩(wěn)定性差，所得到的染料亦不純，因而這些染料可以有效地被環(huán)境降解。但是這種物理處理得到的染料色牢度差、且不易著色，較為單一等一系列問(wèn)題限制了染料在人們?nèi)粘Ｉ钪械膹V泛使用。直到后來(lái)，在英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)院霍夫曼院長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)室里w.H.Perkin偶然獲得到了馬尾紫染料，隨后Martius又成功地實(shí)現(xiàn)了偶氮染料的商品化，從此合成染料得到了迅速的發(fā)展。到目前為止，約有1萬(wàn)多種不同的染料被利用， 而全球每年生產(chǎn)的染料約為百萬(wàn)噸。這些染料按其化學(xué)結(jié)構(gòu)不同可分為偶氮染料、靛族染料、硫化染料、酞菁染料、蒽醌染料、芳甲烷染料、硝基和亞硝基染料，此外還有其他結(jié)構(gòu)類(lèi)型的染料，如甲川和多甲川類(lèi)染料、二苯乙烯類(lèi)染料以及各種雜環(huán)類(lèi)染料等。近年來(lái)，我國(guó)染料產(chǎn)量穩(wěn)居世界首位，年產(chǎn)量達(dá)幾百萬(wàn)噸且逐年增加，在全球染料產(chǎn)量行業(yè)中所占有的份額達(dá)到了60%，然而在染料生產(chǎn)過(guò)程中，有很大部分的染料進(jìn)入廢水中，對(duì)周?chē)h(huán)境的污染和人類(lèi)的健康造成了極大的危害，而且這種生產(chǎn)廢水已經(jīng)成為當(dāng)前最主要的水體污染源之一，嚴(yán)重影響了人類(lèi)的身體健康。
[0003]目前染料去除的方法很多，常見(jiàn)的有生物處理法，染料萃取法，電化學(xué)氧化法，吸附法，光催化降解法等，其中吸附、降解是染料在環(huán)境中分解、轉(zhuǎn)化的重要途徑之一。光催化技術(shù)基于光催化劑在太陽(yáng)光照射下具有其獨(dú)特的氧化還原能力，被用于凈化空氣和水中的污染物。
[0004]三氧化鎢(W〇3)是一種具有六方、立方等多種對(duì)稱(chēng)型結(jié)構(gòu)的n型半導(dǎo)體材料，由于具有優(yōu)異的電致變色、氣致變色和光致變色等性能而備受關(guān)注。自1973年發(fā)現(xiàn)W03具有光致變色現(xiàn)象以來(lái)，W03在信息顯示器件、高敏度光存儲(chǔ)材料及變色玻璃等方面顯示出巨大的應(yīng)用前景，使其制備、結(jié)構(gòu)及光致變色性能等成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)之一。特別是納米W03因具有巨大的比表面積，其體積效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)顯著，使得它的應(yīng)用領(lǐng)域繼續(xù)擴(kuò)大，可作為太陽(yáng)能吸收材料、隱形材料、催化劑材料。目前可控合成不同晶型的W〇3的方法及其在廢水處理中的協(xié)同應(yīng)用尚未報(bào)道，因此探究?jī)煞N晶型氧化鎢的可控合成方法及其在廢水中的應(yīng)用是非常有意義的。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可控合成不同晶型的W03的方法，并為吸附、光催化降解有機(jī)污染物提供了一種更高效的材料，本發(fā)明的納米材料操作簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低廉、產(chǎn)品純度高，而且吸附后的材料通過(guò)煅燒處理依然可以恢復(fù)其吸附性能，是一種工藝環(huán)保制備納米吸附、催化材料的有效方法。
[0006]本發(fā)明是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的，一種新型不同納米晶型W03的可控合成的方法，其特征方法步驟如下:(1)W03前驅(qū)體的制備:準(zhǔn)確稱(chēng)取2.31克鎢酸銨于100毫升的燒杯中，再加入0.05克十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)。向上述燒杯中加入10毫升去離子水，然后用超聲清洗器超聲使其完全分散，置于磁力攪拌器上使之在持續(xù)攪拌中，然后向其中緩慢滴入濃硝酸，使溶液完全呈黃色，繼續(xù)攪拌24小時(shí)。過(guò)濾，用去離子水洗滌2到3次，80攝氏度恒溫干燥，得到黃鎢酸備用；(2)不同晶型W03的制備:將步驟(1)中所得黃鎢酸置于馬弗爐中，使之分別控制在200? 500攝氏度的高溫下煅燒12小時(shí)，可可分別得到立方型三氧化鎢(簡(jiǎn)稱(chēng):C-W03)、立方型三氧化鎢和三斜型三氧化鎢的混合物，以及三斜型三氧化鎢(簡(jiǎn)稱(chēng):/?rW03)。
[0007]本發(fā)明方法合成得到三氧化鎢可應(yīng)用于吸附和光催化降解污染物。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:1、本發(fā)明的納米材料是首次可控合成了不同晶型的W〇3;2、本發(fā)明的納米材料具有較好的納米吸附和光催化協(xié)同作用。3、本發(fā)明提供的制備方法簡(jiǎn)單易行、生產(chǎn)成本低廉、純度高，制備的不同晶型W03納米材料比表面積高、吸附性能好且易回收重復(fù)利用。4、本發(fā)明所制備出來(lái)的W03納米材料是一種比表面積高、熱穩(wěn)定性好、光學(xué)性能優(yōu)良的吸附劑和光催化劑，在環(huán)境功能材料、污水處理、光催化等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本發(fā)明的不同晶型W03納米材料在不同溫度下的X射線粉末衍射對(duì)比圖。
[0010] 圖2為本發(fā)明的和/zrW03納米材料的掃描電鏡圖。[0011 ] 圖3為本發(fā)明的和/zrW03納米材料比表面積對(duì)比圖。[0〇12] 圖4為本發(fā)明的和/zrW03納米材料對(duì)亞甲基藍(lán)吸附去除的對(duì)比圖。[〇〇13]圖5為本發(fā)明的/zrW03納米材料對(duì)亞甲基藍(lán)的光催化降解趨勢(shì)圖。[〇〇14]圖6為本發(fā)明的納米材料對(duì)亞甲基藍(lán)吸附去除的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)圖。[〇〇15]圖7為本發(fā)明的和/zrW〇3的納米材料的紫外漫反射和肖特基曲線圖。
[0016] 圖8為本發(fā)明的和/zrW03納米材料的能帶圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0017]以下結(jié)合【附圖說(shuō)明】對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本實(shí)施例并不用于限制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似結(jié)構(gòu)及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0018]本發(fā)明的納米材料的合成:(l)W〇3前驅(qū)體的制備:準(zhǔn)確稱(chēng)取2.31克鎢酸銨于100毫升的燒杯中，再加入0.05克十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)。向上述燒杯中加入10毫升去離子水，然后用超聲清洗器超聲使其完全分散，置于磁力攪拌器上使之在持續(xù)攪拌中，然后向其中緩慢滴入濃硝酸，使溶液完全呈黃色，繼續(xù)攪拌24小時(shí)。過(guò)濾，用去離子水洗滌2到3次，80攝氏度恒溫干燥，得到黃鎢酸備用；(2)不同晶型W03的制備:將步驟(1)中所得黃鎢酸置于馬弗爐中，使之分別控制在200、 250、300、350、400、450和500攝氏度的高溫下煅燒12小時(shí)，控制在200攝氏度時(shí)可得到^冊(cè)3, 控制在500攝氏度時(shí)可得到/zrW03，而控制在250、300、350、400和450的時(shí)候均得到和/zr W〇3的混合物。
[0019]如圖1所示，本發(fā)明的不同晶型W03納米材料在不同溫度下的X射線粉末衍射圖隨著溫度的改變，立方晶型三氧化鎢(c-W03)逐漸轉(zhuǎn)化為三斜晶型的三氧化鎢(/zHTO3)，且C-W03和，冊(cè)3的標(biāo)準(zhǔn)卡片(JCPDS N0.00-041-0905和JCPDS N0.01-072-1465)——對(duì)應(yīng)，說(shuō)明本發(fā)明成功制備出了純相的rW03和/zrW03納米材料。
[0020]如圖2所示，本發(fā)明的CHTO3和/?rW〇3納米材料的掃描電鏡圖，可以看出，納米材料為層狀材料，層與層之間的堆列形似花狀的納米結(jié)構(gòu)，說(shuō)明本發(fā)明制備出的W〇3納米材料具有較大的比表面積，其比表面積圖詳見(jiàn)圖3。
[0021]如圖4所示，本發(fā)明的C-W〇3和mW〇3納米材料對(duì)亞甲基藍(lán)吸附去除的熱力學(xué)數(shù)據(jù)表明，C-W〇3對(duì)亞甲基藍(lán)具有很好的吸附性能，而mW03幾乎無(wú)吸附性能，但從圖5可知，在紫外可見(jiàn)光下，200毫克的mW03可將10毫克的亞甲基藍(lán)降解完全，說(shuō)明mW03有著很好的光催化性能。[〇〇22]圖6為本發(fā)明的C-W03納米材料對(duì)亞甲基藍(lán)吸附去除的動(dòng)力學(xué)研究，數(shù)據(jù)表明，在 40毫克每升的亞甲基藍(lán)溶液中，C-W03不但具有很好的吸附效果，而且吸附速率非常快。另夕卜，吸附飽和后回收c-W03,然后進(jìn)行低溫煅燒(200?300攝氏度)，煅燒后的C-W03仍然具有和新合成的tW03的吸附效果。這說(shuō)明本發(fā)明合成的C-W03可以重復(fù)多次使用，可用于實(shí)際有機(jī)廢水處理中。
[0023]圖7為本發(fā)明的和/zrW03的納米材料的紫外漫反射和肖特基曲線圖。通過(guò)紫外可見(jiàn)漫反射和肖特基曲線可以計(jì)算出c-W03和tW03的導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂?shù)奈恢茫M(jìn)而可以繪制如圖8所示的光催化能帶圖，且為異質(zhì)結(jié)構(gòu)，這種異質(zhì)結(jié)可以有效的阻礙了光生電子和空穴的復(fù)合，從而提高了催化劑的光催化性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種不同晶型W〇3的可控合成的方法，其特征步驟如下:(1)W〇3前驅(qū)體的制備:準(zhǔn)確稱(chēng)取2?3克鎢酸銨于100毫升的燒杯中，再加入0.02?0.09克 十六烷基三甲基溴化銨；向上述燒杯中加入10毫升去離子水，然后用超聲清洗器超聲使其 完全分散，置于磁力攪拌器上使之在持續(xù)攪拌中，然后向其中緩慢滴入濃硝酸，使溶液完全 呈黃色，繼續(xù)攪拌24小時(shí);過(guò)濾，用去離子水洗滌2到3次，80攝氏度恒溫干燥，得到黃鎢酸備 用；(2)不同晶型W03的制備:將步驟(1)中所得黃鎢酸置于馬弗爐中，使之分別控制在200? 500攝氏度的高溫下煅燒12小時(shí)，可分別得到立方型三氧化鎢、立方型三氧化鎢和三斜型三 氧化鎢的混合物，以及三斜型三氧化鎢。2.如權(quán)利要求1所述的一種不同晶型W03的可控合成的方法，其特征在于:合成得到三氧 化鎢可應(yīng)用于吸附和光催化降解污染物。
【文檔編號(hào)】C02F1/28GK105948129SQ201610406758
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年6月12日
【發(fā)明人】鄒建平, 劉會(huì)龍, 張濤, 汪月華, 張思海, 江訓(xùn)恒, 杜紅梅, 梁楠, 楊昌志
【申請(qǐng)人】南昌航空大學(xué)