鎢酸鉍光催化劑制備方法及性能評價

張 帆

鎢酸鉍光催化劑制備方法及性能評價

張 帆

（東北大學(xué) 資源與土木工程學(xué)院， 遼寧 沈陽 110819）

介紹一種新型可見光光催化劑鎢酸鉍，詳細介紹了Bi2WO6光催化劑的幾種制備方法的優(yōu)缺點，簡述了Bi2WO6光催化劑的光催化性能，總結(jié)了Bi2WO6光催化劑今后的研究方向。

Bi2WO6制備方法 光催化活性 研究方向

近年來，隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，水中有機物的污染問題引起了廣泛的關(guān)注。在大量的污染性有機物中，有機染料污染越來越嚴重，因此對染料的降解成為當今的研究熱點。

針對水體中有機染料的污染，研究者分別推出了幾種降解有機物的方法。其中包括生物降解，電催化氧化[1]，光催化降解等。

在這些降解方法中，光催化劑以其易制備，環(huán)境污染小，催化活性高等優(yōu)點，引起了研究者的關(guān)注。目前，對光催化劑的研究有很多，其中比較典型的有幾種，其中一個是發(fā)展較早的半導(dǎo)體光催化劑TiO2，另一個是鉍系光催化劑（硫化鉍，鎢酸鉍等）[2]。

近年來，Bi2WO6等納米材料的光催化性能的研究取得很多進展，光催化活性得到很大提高Bi2WO6，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于降解廢水中的有機染料[3]，Bi2WO6具有在可見光下催化降解，制備方便，催化性能良好等優(yōu)點。

本文介紹了幾種鎢酸鉍的幾種制備方法，包括高溫固相法，溶膠-凝膠法及水熱法，通過不同的制備方法可以得到形狀和催化性能不同的光催化劑，同時說明了不同方法的優(yōu)缺點。

1 鎢酸鉍光催化劑制備方法及性能研究

隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，大量的污染物進入人類賴以生存的水資源里，水資源受到極大的污染，嚴重威脅著人類的身體健康，解決當前工業(yè)排放污染物的問題已成為當今社會的熱門話題。對工業(yè)排放的廢水的治理是人們面臨的一個重大課題[4]。

1.1 高溫固相法

近年來Bi2WO6作為使用率較高的光催化劑之一，早在1999年，Kudo et al 首次用固態(tài)法制備出了Bi2WO6光催化材料，在波長大于420 nm的可見光照射下可將水裂解產(chǎn)生O2[5]。但隨著光催化劑技術(shù)的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)使用固態(tài)法制備產(chǎn)物的顆粒直徑比較大，比表面積小，光催化性能比較弱，已經(jīng)不能滿足光催化劑的應(yīng)用。

高溫固相法具有成本低、產(chǎn)量大、工藝簡單等優(yōu)點，但同時也存在一些缺點，比如能耗大、生產(chǎn)效率低、顆粒粒徑大、比表面積較小，導(dǎo)致其光催化活性較低。

1.2 溶膠-凝膠法

為了克服高溫固相法的不足，溶膠-凝膠法得到關(guān)注，溶膠-凝膠法是將酯類化合物或金屬醇鹽溶于有機溶劑中，形成均勻的溶液，然后加入其他組分，在一定溫度下反應(yīng)形成凝膠，最后經(jīng)干燥處理制成產(chǎn)物。Zhang G等人以 Bi（NO3）3·5H2O和（NH4）6W7O24·6H2O為原料，加入添加劑檸檬酸和EDTA，使用溶膠-凝膠法制備Bi2WO6粉末, 對粉末進行表征發(fā)現(xiàn)顆粒形貌不規(guī)則的，且分層[6]。溶膠-凝膠法制備的 Bi2WO6比高溫固相法合成的樣品的可見光催化活性高，可達到10倍左右，由于溶膠-凝膠法存在易燒結(jié)，反應(yīng)時間長等缺點，所以制備的Bi2WO6樣品存在缺陷，但也有顆粒結(jié)構(gòu)層次分明，尺寸較小，催化活性較高等優(yōu)點[7]。

1.3 水熱法

“水熱”一詞最早源于140多年前的地質(zhì)學(xué)家，英國的地質(zhì)學(xué)家 Sir Roderick Murchison 在研究地殼熱液演化時使用的[8]，水熱法是指將反應(yīng)物放入高壓反應(yīng)釜中，通過不同條件加熱高壓反應(yīng)釜，使物質(zhì)重結(jié)晶。水熱法制備出的Bi2WO6粒徑小且表面分布均勻，比表面積大，有較高的光催化活性。水熱法其中一個優(yōu)點就是條件可控，通過不同的條件，可得到不同結(jié)構(gòu)和形貌的納米粉體，在可見光催化下有較高的活性。黃毅等人通過簡單的水熱法，以Bi(NO3)3和Na2WO4為原料，在無任何表面活性的條件下，成功制備了具有三維花狀結(jié)構(gòu)的斜方晶 Bi2WO6光催化劑，同時對Bi2WO6光催化劑進行XRD等表征，制備的斜方晶Bi2WO6結(jié)晶度較高，結(jié)構(gòu)均勻，制備方法簡易，耗能低[9]。

2 展望

當今環(huán)境污染問題十分嚴峻，治理環(huán)境已刻不容緩，而研究成本低，催化效率高，對環(huán)境無污染的催化劑更是十分重要，鎢酸鉍作為一種穩(wěn)定、高效和環(huán)境友好的新型光催化劑，受到越來越多人的關(guān)注。鎢酸鉍光催化劑的制備方法如今已有很多的研究，除上述的三種方法外，還有很多，如，溶解法，低溫熔鹽法等。不同的制備方法對鎢酸鉍光催化劑顆粒的物理和化學(xué)性能有不同影響。除此之外，還有其他改善性能的方法，改善鎢酸鉍光催化劑的性能是今后的研究重點，對鎢酸鉍光催化劑進行稀有金屬摻雜和非金屬摻雜可以有效改善其催化性能。

［1］趙瑛，等. 化工廢水處理技術(shù)探討[C]. 中國環(huán)境保護優(yōu)秀論文集, 2005：1118-1119.

［2］Zhang G, Lü F, Li M, et al. Synthesis of nanometer Bi2WO6synthesized by sol–gel method and its visible-light photocatalytic activity for degradation of 4BS. Journal of Physics and Chemistry of Solids. 2010; 71 (4): 579-82.

［3］姚三麗, 陳建林, 王儀春. 水熱合成納米Bi2WO6粉末及其可見光催化活性[J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2008, 28 (3): 242-245.

［4］陶志萍. 防污涂料的研究及其發(fā)展 [J]. 當代化工，2011, 5 (40): 505-513.

［5］Kudo A, Hijii S.H2or O2evolution from aqueous solutions on layered oxide photocatalysts consisting of Bi3+with 6s2 configuration and d0 transition metal ions［J］. Chem Lett. 1999，28 (10): 1103-4.

［6］Zhang G, Lü F, Li M, et al. Synthesis of nanometer Bi2WO6synthesized by sol–gel method and its visible-light photocatalytic activity for degradation of 4BS［J］. Journal of Physics and Chemistry of Solids. 2010, 71(4): 579-82.

［7］ZHANG Ge Yang, FENG Yun, WU Qi Shang, et al. Photocatalytic activity enhancement for Bi2WO6by fluorine substitution[J]. Mater. Res. Bull., 2012,47:1919-1924.

［8］LENG Wu Hui, LIU Hong, CHENG Shi Ao, et al. J Photochem Photobio A:Chem[J]. Materials Letters, 2000:131-125.

［9］黃毅, 申玥, 吳季懷, 等. 花狀 Bi2WO6光催化劑的制備及性能研究[J]. 功能材料, 2010, 41(1):52-56.

Preparation and Performance Evaluation of Bismuth Tungstate Photocatalyst

（Northeastern University, Liaoning Shenyang 110819, China）

The advantages and disadvantages of several preparation methods of Bi2WO6photocatalyst were introduced in detail. The photocatalytic performance of Bi2WO6photocatalyst were discussed, and the future research direction of Bi2WO6photocatalyst was summarized.

Preparation methodof Bi2WO6; Photocatalytic activity ; research direction

O 643

A

1004-0935（2017）09-0864-02

2017-06-20

張帆（1979-），女，東北大學(xué)在讀研究生，遼寧省沈陽市人，2002年畢業(yè)于遼寧師范大學(xué)，研究方向：環(huán)境污染與治理。