[发明专利]一种光降解催化剂三氧化钨纳米粉体的用途

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种纳米材料及其用途，确切地说是三氧化钨纳米粉体作为催化剂在光降解偶氮染料次甲基兰中的应用。

二、背景技术

近年来，环境污染的控制与治理已成为人类急需解决的重要问题。染料废水具有成分复杂、色度高、排放量大、毒性大等特点，一直是环境污染治理中的难题。半导体材料作为光催化剂催化降解染料废水成为一种具有广阔应用前景的污水治理的新技术。在特定波长光源的照射下，半导体光催化剂受激发产生电子-空穴对，进一步生成强氧化剂羟基自由基(·OH)，羟基自由基(·OH)具有很强的氧化性可以将有机污染物氧化成CO₂、H₂O等无毒产物。这项技术是近年来国际上最为活跃的研究领域之一。Saquib M.等[1]研究了二氧化钛对三苯甲烷这种染料的光催化降解，但是二氧化钛由于带隙窄只能吸收紫外光，因此光催化活性较低。Jang Jum Suk等[2]报道了ZnO与ZnS纳米片光催化降解染料酸性红，只有在500℃以下得到的ZnS与550℃以上得到的ZnO才有较高的光催化活性，对实验条件的要求较高。XingJingcheng等[3]利用合成的Nb₂O₅、SrNb₂O₆纳米粉末与两者的复合物光催化降解甲基橙，结果表明复合物才能有效的降解甲基橙。Huang Lei等[4]合成了不同形貌的Cu₂O，将得到的纳米盒状、纳米管状、纳米球状Cu₂O光催化降解多种有机染料，发现纳米管状Cu₂O光催化活性高，所以对产物的形貌要求比较苛刻。

三、发明内容

本发明旨在处理染料废水，用催化剂光催化降解偶氮染料次甲基兰，所要解决的技术问题是遴选催化活性高的催化剂。

申请人经过大量的实验研究发现三氧化钨(WO₃)纳米粉体能够高效光催化降解次甲基兰。本发明所称的WO₃纳米粉体的用途就是纳米WO₃在降解偶氮染料次甲基兰的处理中作为光降解催化剂的应用。

WO₃纳米粉体用低温水热法与化学沉淀法制备，XRD分析结果表明，低温水热法制备的WO₃粉体为正交相，化学沉淀法制备的WO₃粉体为单斜相。SEM照片显示WO₃粉体为均匀的纳米片。

将一定质量的WO₃纳米粉体投入一定浓度的次甲基兰溶液中，光照一定时间后，次甲基兰便被光催化降解。在本发明中以下述三个方面来评价光催化降解的程度和效果。

1、染料脱色率(D)

D＝[(A₀-A)/A₀]×100％，式中A₀为原染料溶液的吸光度，A为光催化降解后在最大吸收波长下测定的染料溶液的吸光度。

实验表明，催化剂的质量、光源、光照时间、催化剂的晶相以及体系的温度都对D有影响。室温下，以太阳光光照3小时为宜，0.0080g单斜相WO₃纳米粉体的光催化活性高于0.0080g正交相WO₃纳米粉体。催化剂经回收后用蒸馏水和无水乙醇反复洗涤、干燥，其催化活性不减、稳定性高、可以回收重复使用。

2、化学耗氧量(CODcr)

化学耗氧量(CODcr)是衡量水溶液中有机物含量的重要指标。实验测定了次甲基兰溶液被光催化降解前后的CODcr值。取次甲基兰溶液5mL，加入5mL重铬酸钾标准溶液(0.025mol/L)和15mL浓硫酸溶液，超声30min后，冷却到室温，以试亚铁灵为指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定。经测定，次甲基兰的CODcr去除率为91.7％。这说明，次甲基兰溶液经过WO₃纳米粉体光催化降解后，溶液中有机物的含量明显降低。

3、催化降解过的次甲基兰溶液中无机离子的含量

为了判断WO₃对次甲基兰是否光催化降解，对已经催化降解过的次甲基兰溶液进行离子色谱分析，测得此时次甲基兰溶液的pH＝4.8，呈酸性，溶液中的离子含量如下：