FeTiO3/Sb2WO6复合光电催化剂及其制备方法与应用

本发明属于光电催化，具体涉及fetio3/sb2wo6复合光电催化剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、光电催化是通过选择半导体电极材料和改变电极的表面状态来加速化学反应的作用，比较常用的半导体材料为tio2半导体氧化物材料，当半导体氧化物tio2纳米粒子受到大于禁带宽度能量的光子照射后，电子从价带跃迁到导带，产生了电子-空穴对，电子具有还原性，空穴具有氧化性，空穴与氧化物半导体纳米粒子表面的-oh反应生成氧化性较高的oh自由基，活泼的oh自由基可以把多数难降解的有机物氧化为co2和h2o等无机物。

2、有机废液一般是指含有有机化合物的废水，其主要来源是化工、制药、染料、农药等行业和生产过程中的废水排放。一般来说，有机废液中含有大量的有机物质，例如苯、石油醚、酚、酮类、酸类、酯类、脂肪、烃等。这些物质不仅对人体和环境造成威胁，而且难以降解和处理，成为水体污染的主要来源之一。

3、目前工业上主要使用的光电催化剂多为tio2、zno、cds和cu2o等催化材料。tio2和zno等材料的禁带宽度较宽，对可见光的响应较差，不能有效利用太阳光，cds和cu2o等材料由于自身的化学性质不稳定，容易受到光腐蚀的影响。这些原因都限制了光催化技术在丙烯腈废水降解中的应用。因此，迫切需要开发具有高可见光响应和稳定化学性质的新型光催化材料，以适应丙烯腈废水的降解。

4、cn108855105a公开了一种铁酸锌-铁酸钴异质结复合催化剂及其制备方法和应用，通过铁酸锌和铁酸钴两种材料复合的方式，进一步提高可见光响应范围及光催化性能，提高其捕捉光子的效率，抑制电子空穴对的复合，提高电子从价带跃迁至导带的利用率，提高光催化活性，主要针对抗生素类和对硝基丙烯腈废水，如对四环素、金霉素、土霉素进行氧化降解，但是该类zn等材料的禁带宽度较宽，对可见光的响应较差，不能有效利用太阳光。

5、cn108636457a中公开了sb2wo6具有较强的可见光吸收能力，提出的sb2wo6具有独特的奥里维里斯结构，并且由于[wo4]n层嵌入两个[sb2o2]n层导致结构的扭曲，目前有三种合成sb2wo6的方法：水热法、固态反应以及溶剂热法。溶剂热法制备sb2wo6过程中，通过控制乙二醇和水的体积比来得到不同层次结构的sb2wo6，并且通过溶剂热法制备的sb2wo6产品，也有纯度较高、粒径分布范围较窄等优点。制备sb2wo6后再用3-氨丙基三乙氧基硅烷（aptes）修饰，最后与石墨烯量子点（gqds）材料进行复合，进一步处理甲基橙废水，但是该催化剂不能回收，造成二次污染。

6、cn104324721a公开了一种fetio3光催化剂的制备方法，先将钛源溶于乙醇中，向里面添加多元醇，进行溶剂热反应，然后将所得沉淀加入到含有铁源、多元醇和乙醇的溶液中，再进行溶剂热反应，产物经离心和干燥，空气下煅烧，即得到空心刺状球结构的fetio3光催化剂，虽然解决了现有方法制备的钛酸盐光催化剂材料存在比表面积小、粗糙因子较低和尺寸形貌不均的问题，但是该催化剂因为加了太多的溶剂，导致催化剂无法再利用。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的上述缺陷，提供fetio3/sb2wo6复合光电催化剂的制备方法，所制备的光电催化剂回收重复利用的效果好，催化活性高，催化剂循环利用效率高，将其应用于丙烯腈废水中时，降解效率高，稳定性好。

2、本发明所述的fetio3/sb2wo6复合光电催化剂的制备方法，包括以下步骤：

3、（1）制备溶液a：将na2wo4•2h2o的水溶液缓慢滴加到sb(no3)3•3h2o的水溶液中，混合均匀后调整ph为5-8，搅拌，得到溶液a；

4、（2）制备fetio3粉末：将fe(ch3coo)2和ti(oc4h9)4溶于尿素溶液中，搅拌均匀，加入乙醇溶液中，在120-180℃加热10-15h，得到的fetio3前驱体洗涤干燥后，先在600-750℃下煅烧2-4h，再在750-850℃下煅烧3-6h，得到fetio3粉末；

5、（3）制备溶液b：取步骤（2）得到的0.1-0.3gfetio3粉末加入500-800ml去离子水中，超声分散30-60min，得到溶液b；

6、（4）将溶液b加入到溶液a中，混合后进行水热反应，水热反应温度为100-120℃，水热反应时间10-15h，得到的反应液进行离心，离心后的固体进行洗涤、干燥，得到fetio3/sb2wo6复合光电催化剂；

7、所述的溶液b中的fe与溶液a中的sb的摩尔比为（0.7-2）:1。

8、步骤（1）中的na2wo4•2h2o的水溶液：将na2wo4•2h2o加入去离子水中搅拌20-40min得到的，浓度为0.1-0.2g/ml。

9、将sb(no3)3•3h2o加入去离子水中搅拌20-40min得到的，浓度为0.1-0.2g/ml。

10、步骤（1）中的na2wo4•2h2o的水溶液：将1-20gna2wo4•2h2o加入10-100ml去离子水中搅拌20-40min得到的。

11、步骤（1）中的sb(no3)3•3h2o的水溶液：将1-20gsb(no3)3•3h2o加入10-100ml去离子水中搅拌20-40min得到的。

12、步骤（1）中调节ph的溶液为氢氧化钠溶液，优选浓度为0.1mol/l。

13、步骤（2）中的fe(ch3coo)2和ti(oc4h9)4以fe和ti计，摩尔比为1:1。

14、步骤（4）的干燥为真空干燥，干燥温度为60-80℃，干燥时间为12-36h。

15、一种fetio3/sb2wo6复合光电催化剂是由所述的fetio3/sb2wo6复合光电催化剂的制备方法制得的。

16、一种所述的fetio3/sb2wo6复合光电催化剂的应用：将fetio3/sb2wo6复合光电催化剂涂敷在ito导电玻璃上，应用于废水中的有机物丙烯腈。

17、所述的fetio3/sb2wo6复合光电催化剂的应用，包括以下工艺：首先将1-10mgfetio3/sb2wo6复合光电催化剂与1-5ml乙醇溶液混合，研磨10-30min，加入1-5ml乙醇溶液，均匀后在ito玻璃上旋涂，最后40-80℃下干燥，得到涂敷有fetio3/sb2wo6复合光电催化剂的ito导电玻璃。

18、应用于废水中的有机物丙烯腈包括：采用电化学工作站，以ag/agcl电极为参比电极，以pt电极为反电极，以涂敷有fetio3/sb2wo6复合光电催化剂的ito导电玻璃为工作电极进行光电催化降解含丙烯腈的废水。

19、光电催化降解的光源为350氙灯，电解液为0.1-0.5mol/l的na2so4溶液，施加电压0.4-0.6v。

20、所述的fetio3/sb2wo6复合光电催化剂的应用：将fetio3/sb2wo6复合光电催化剂涂敷在ito导电玻璃上，应用于废水中的有机物丙烯腈。ito是一种n型氧化物半导体-氧化铟锡，ito玻璃尺寸规格：长10mm，宽20mm，厚度0.3-2mm。旋涂的面积是涂满整个玻璃片。

21、具体的，所述的fetio3/sb2wo6复合光电催化剂应用于废水中的有机物丙烯腈的处理步骤为：

22、（1）制备溶液a：将1-20gna2wo4•2h2o、1-20gsb(no3)3•3h2o分别加入10-100ml去离子水中搅拌20-40min，得到的na2wo4•2h2o的水溶液缓慢滴加到sb(no3)3•3h2o的水溶液中，混合均匀后，用0.1mol/l的naoh溶液调整ph为5-8，搅拌20-40min，得到溶液a；

23、（2）制备fetio3粉末：将fe(ch3coo)2和ti(oc4h9)4中的fe和ti按照等摩尔混合后，溶于300-500ml的1mol/l尿素中，搅拌均匀，倒入50-100ml无水乙醇中，将其置于120-180℃中加热10-15h，得到的fetio3前驱体洗涤干燥后，放入马弗炉，先在600-750℃下煅烧2-4h，再在750-850℃下煅烧3-6h进行二次热处理，得到纯净的fetio3粉末；

24、（3）制备溶液b：取步骤（2）得到的fetio3粉末加入500-800ml去离子水中，超声分散30-60min，使分散均匀，得到溶液b；

25、（4）将溶液b加入到溶液a中，得到的混合溶液转移到水热反应器中进行水热反应，水热反应温度为100-120℃，水热反应时间10-15h，得到的反应液进行离心，离心后的固体用乙醇和去离子水洗涤，在60-80℃真空干燥箱中干燥12-36h，得到fetio3/sb2wo6复合光电催化剂；所述的溶液b中的fe与溶液a中的sb的摩尔比为（0.7-2）:1。

26、（5）首先将1-10mg fetio3/sb2wo6复合光电催化剂与1-5ml乙醇溶液混合，研磨10-30min，加入1-5ml乙醇溶液，均匀后在ito玻璃上旋涂，最后40-80℃下干燥，得到涂敷有fetio3/sb2wo6复合光电催化剂的ito导电玻璃。

27、（6）采用电化学工作站，以ag/agcl电极为参比电极，以pt电极为反电极，以涂敷有fetio3/sb2wo6复合光电催化剂的ito导电玻璃为工作电极，光源为350氙灯（λ≥400nm），电解液为0.1-0.5mol/l na2so4溶液，施加电压0.4-0.6v，电解时间为3h，进行光电催化降解100ml 10mg/l丙烯腈溶液。

28、本发明首先制备了sb2wo6粉体，然后又采用两步煅烧法制备了簇状纳米棒状结构的fetio3，其中的fetio3由大纳米棒附着在小纳米棒上组成的，小纳米棒和大纳米棒紧密结合的结构，使得fetio3/sb2wo6复合催化剂中的两种半导体紧密接触，构建无数微异质结，提高可见光利用率，较大的sb2wo6纳米棒和较小的fetio3纳米棒相互交错并完全接触，得到的二维纳米棒具有独特的形态优势，可以有效缩短电荷转移路径，为异质结构的构建提供平台。大小棒状结构的连接可以构建异质结，抑制光生载流子的重组，只有光生空穴和电子才能发挥氧化还原作用，生成光催化降解过程中的活性基团。此外，棒状结构可以缩短电子-空穴传递路径，使得空穴和电子能够快速到达催化剂表面，并与附着在表面的h2o和o2发生氧化还原反应，激活它们形成强氧化自由基•oh和•o2-。同时，棒状结构提供较大的表面积，使催化剂表面的有机污染物分子和强氧化性自由基被氧化分解成小的无机分子。

29、与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

30、（1）本发明制备的fetio3/sb2wo6复合光电催化剂，可回收重复利用，不会造成二次污染，循环次数能达到10次。

31、（2）本发明的制备的fetio3/sb2wo6复合光电催化剂，降解效果较好，能有效利用太阳光。