水熱法制備微球SrWO4及其光催化性能的研究

謝文菊，董文琴，劉婉霞，羅利萍

(武夷學(xué)院 生態(tài)與資源工程學(xué)院， 福建 武夷山 354300)

水熱法制備微球SrWO4及其光催化性能的研究

謝文菊，董文琴，劉婉霞，羅利萍

(武夷學(xué)院 生態(tài)與資源工程學(xué)院， 福建 武夷山 354300)

以硝酸鍶和鎢酸鈉為原料、水為介質(zhì)、通過(guò)水熱反應(yīng)合成法制備SrWO4光催化劑。采用XRD及SEM對(duì)鎢酸鍶的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行表征。用羅丹明B溶液模擬廢水研究SrWO4在酸性條件下(pH值為3)的光降解性能；改變催化劑本身及外界環(huán)境的條件(反應(yīng)溫度、前驅(qū)液的pH值等)，研究在這些影響因素下SrWO4對(duì)羅丹明B溶液的降解效果。結(jié)果表明：反應(yīng)溫度為140 ℃、反應(yīng)時(shí)間為24 h且前驅(qū)液pH值為3時(shí)合成的鎢酸鍶對(duì)羅丹明B溶液的降解效果最佳，降解率達(dá)到90.75%。

SrWO4；水熱法；光降解；羅丹明B

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，紡織印染行業(yè)的排水量大幅度增長(zhǎng)，由此而造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染及經(jīng)濟(jì)損失。因此，解決印染廢水問(wèn)題具有非常重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)效益。目前，對(duì)印染廢水的處理主要采用物理法、化學(xué)法和生物法。物理吸附法中的膜分離技術(shù)易發(fā)生膜堵塞，需要定期進(jìn)行化學(xué)處理，費(fèi)用高；化學(xué)處理法不僅會(huì)造成環(huán)境的污染，而且成本較高[1]；生物處理法的條件較苛刻，例如厭氧-好氧法雖經(jīng)濟(jì)，但耗時(shí)長(zhǎng)，對(duì)水質(zhì)的適應(yīng)性弱。

本文利用水熱法合成了鎢酸鍶微米球，通過(guò)XRD、SEM和FTIR等手段對(duì)其進(jìn)行了表征。以羅丹明B為模擬對(duì)象，合成的鎢酸鍶微米球?yàn)楣獯呋瘎?，研究了水熱溫度、前?qū)液pH值等因素對(duì)羅丹明B降解率的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要儀器和試劑

儀器：V-1100D 型分光光度計(jì)(上海美譜達(dá)儀器有限公司)；PHS-3CT型數(shù)字pH計(jì)(上海雷磁儀器廠)；DF-101S型集熱式恒溫磁力加熱攪拌器(鞏義市于華儀器有限責(zé)任公司)；水熱合成反應(yīng)釜(鄭州博科儀器設(shè)備有限公司)；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司)。

試劑：鎢酸鈉(AR)，硝酸鍶(AR)，羅丹明B(AR)，無(wú)水乙醇(AR)，氨水(AR)，氫氧化鈉(AR)(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)。

1.2 水熱法合成SrWO4

稱(chēng)取2.116 3 g (0.01 mol)Sr(NO3)2和3.298 5 g (0.01 mol)Na2WO4·2H2O，分別用35 mL與100 mL的去離子水溶于250 mL燒杯中，于集熱式恒溫加熱磁力攪拌器攪拌20 min，直至藥品完全溶解。將溶解好的Sr(NO3)2溶液緩慢倒入Na2WO4·2H2O溶液中并于集熱式恒溫加熱磁力攪拌器中攪拌30 min，使之混合均勻(產(chǎn)生白色沉淀)，再放入高功率數(shù)控超聲波清洗器工作 20 min。把上述所得混合液移入2個(gè)容積各為100 mL的水熱合成反應(yīng)釜中，填充度為70%，置入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，在180 ℃下恒溫24 h，然后自然冷卻。將白色沉淀用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌數(shù)次，在60 ℃電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱干燥6 h，得到SrWO4樣品。

1.3 SrWO4的表征

本實(shí)驗(yàn)采用UV-1100紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)對(duì)樣品進(jìn)行光性能分析，采用捷克VEGA3 SBU/SBH型SEM對(duì)樣品進(jìn)行形貌分析，采用德國(guó)X射線衍射儀(Bruker D8 Advance X-Ray powder diffractometer,Cu Kα射線，λ=0.154 nm)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

SrWO4材料的光催化性能測(cè)試方法：將制備的SrWO4粉末添加到羅丹明B溶液中，在一定溫度和pH值條件下，于羅丹明B最大吸收波長(zhǎng)(554 nm)處測(cè)定其吸光度，經(jīng)紫外光輻照一段時(shí)間后過(guò)濾，取上層清液，測(cè)定濾液殘存羅丹明B吸光度。根據(jù)紫外光輻照前后樣品吸光度的變化，根據(jù)公式(1)計(jì)算羅丹明B的降解率：

(1)

其中：D為降解率；C0和C分別為羅丹明B的初始濃度和降解后的濃度(mg/L)。

2 結(jié)果與討論

2.1 XRD及FT-IR分析

圖1所示為在水熱條件為140 ℃、24 h下所得SrWO4樣品的XRD圖譜及FT-IR圖。由圖1(a)可知：所得SrWO4樣品的衍射峰與標(biāo)準(zhǔn)卡片(JCSD 08-0490)完全吻合，表明制備的SrWO4樣品晶型較好，物相單一，純度較高。此外，由圖1(a)可以看出：所得樣品的最強(qiáng)衍射峰為2θ=27.8°，對(duì)應(yīng)于(112)晶面。具有體心四面體結(jié)構(gòu)的SrWO4，其主要的紅外光譜的吸收峰是在400～1 000 cm-1之間。從圖1(b)可以看出：特征吸收峰出現(xiàn)在807 cm-1，這源于四面體中W-O鍵的伸縮振動(dòng)。在1 632 cm-1與3 436 cm-1處產(chǎn)生的吸收峰分別是由于自由水與結(jié)晶水中羥基的伸縮振動(dòng)造成的。

2.2 SEM形貌分析

圖2所示水熱條件為140 ℃、24 h下所得SrWO4材料的SEM形貌，其中圖2(a)～(d)所示分別為pH=3及pH=7條件下合成的SrWO4材料。由圖2可以看出：所得均呈現(xiàn)裂開(kāi)的橢球狀，并且顆粒大小均一，分散均勻，顆粒尺寸大約為5 μm。此外，由圖2(b)(d)中裂開(kāi)的橢圓球可以看出：本實(shí)驗(yàn)制備的SrWO4材料均為實(shí)心球形，內(nèi)部由許多大小均勻的細(xì)小微粒組成。

圖1 鎢酸鍶(140 ℃，24 h)的XRD圖及FT-IR圖

圖2 鎢酸鍶(140 ℃，24 h)的SEM圖

2.3 光催化性能分析

圖3所示不同水熱條件所得SrWO4樣品對(duì)羅丹明B降解率的影響。由圖3(a)中可以看出：在120、140、160、180 ℃水熱溫度下得到的SrWO4對(duì)羅丹明B的降解率分別為81.21%、90.75%、85.67%、83.95%。在140 ℃下合成的SrWO4對(duì)羅丹明B的降解率最佳。隨著水熱溫度升高SrWO4的光催化活性有所下降，原因可能是溫度過(guò)高時(shí)，在高溫高壓下有些晶體引起的雜質(zhì)及結(jié)構(gòu)缺陷會(huì)致其重新溶于溶液造成重結(jié)晶的不良反應(yīng)；而溫度太低時(shí)則是沒(méi)有達(dá)到催化劑成型的溫度，使其發(fā)育不完全。

圖3(b)是(140 ℃，24 h)在不同pH值下合成的SrWO4，從圖3可見(jiàn)：當(dāng)pH值為1時(shí)該催化劑對(duì)羅丹明B的降解率呈平緩趨勢(shì)；當(dāng)pH值為3、5和7時(shí)光催化劑鎢酸鍶對(duì)羅丹明B起到了一定的降解效果；當(dāng)pH值為11時(shí)略有下降。因此，pH值對(duì)鎢酸鍶樣品結(jié)構(gòu)和結(jié)晶相有較大的影響：在酸性條件下(pH值為3、5)合成的SrWO4粉體晶型發(fā)育得較好，結(jié)晶度較高，尤其是當(dāng)pH=3時(shí)，降解效率最優(yōu)達(dá)到90%左右，而在堿性條件下(pH=11)時(shí)光催化降解率較差。

圖3 反應(yīng)溫度及前驅(qū)液pH值對(duì)羅丹明B的降解率的影響

3 結(jié)論

以鎢酸鈉和硝酸鍶為原料，采用水熱法合成了橢球狀顆粒SrWO4。通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)研究了水熱反應(yīng)溫度及前驅(qū)液pH值對(duì)所得材料光催化性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：所得SrWO4結(jié)晶度高，SEM測(cè)試顯示為微米級(jí)橢球狀顆粒材料；當(dāng)水熱反應(yīng)溫度為140 ℃、反應(yīng)時(shí)間24 h、pH=3時(shí)，所得材料對(duì)羅丹明B的光催化降解率達(dá)到90.75%。

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(責(zé)任編輯 何杰玲)

Preparation of SrWO4Microsphere and Its Photocatalytic Activity for RhB

XIE Wenju, DONG Wenqin, LIU Wanxia, LUO Liping

(College of Ecology and Resources Engineering, Wuyi University, Wuyishan 354300, China)

The SrWO4was prepared by hydrothermal method using Sr(NO3)2and Na2WO4as raw materials, water as solution. The products were characterized by X-ray diffraction and scanning electron microscopy. The photocatalytic performance of SrWO4was by ultraviolet visible(UV-Vis) spectrum measurement. In addition, this experiment investigated the photocatalytic activity of microcrystals for the degradation of rhodamine B(RhB) dyes which was simulation as effluent at acidity condition, and changed the identity of catalytic and the condition of external environment: different reaction time, different hydrogen ion concentration(pH) of precursor solution and without catalytic. Under those influence factors, the SrWO4microcrystals for the degradation of RhB was studied. The results showed that the reaction temperature was 140 ℃ , the reaction time was 24h and the pH value of precursor solution was 3. The strontium tungstate was perfectly synthesized on the degradation of RhB and the degradation reached to 90.75%.

SrWO4；hydrothermal method；photodegradation；Rhodamine B

2017-03-15 基金項(xiàng)目：福建省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201410397031)；武夷學(xué)院校科研基金資助項(xiàng)目(理工類(lèi))(XL201502)

謝文菊(1986—)，女，河南南陽(yáng)人，講師，主要從事納米及催化材料研究，E-mail:xiewenju2011@163.com。

謝文菊，董文琴，劉婉霞，等.水熱法制備微球SrWO4及其光催化性能的研究[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué))，2017(8):109-112.

format：XIE Wenju, DONG Wenqin, LIU Wanxia, et al.Preparation of SrWO4Microsphere and Its Photocatalytic Activity for RhB[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2017(8):109-112.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2017.08.018

TB383

A

1674-8425(2017)08-0109-04