水热法制备微球SrWO4及其光催化性能的研究

谢文菊，董文琴，刘婉霞，罗利萍

(武夷学院 生态与资源工程学院， 福建 武夷山 354300)

水热法制备微球SrWO4及其光催化性能的研究

谢文菊，董文琴，刘婉霞，罗利萍

(武夷学院 生态与资源工程学院， 福建 武夷山 354300)

以硝酸锶和钨酸钠为原料、水为介质、通过水热反应合成法制备SrWO4光催化剂。采用XRD及SEM对钨酸锶的结构和形貌进行表征。用罗丹明B溶液模拟废水研究SrWO4在酸性条件下(pH值为3)的光降解性能；改变催化剂本身及外界环境的条件(反应温度、前驱液的pH值等)，研究在这些影响因素下SrWO4对罗丹明B溶液的降解效果。结果表明：反应温度为140 ℃、反应时间为24 h且前驱液pH值为3时合成的钨酸锶对罗丹明B溶液的降解效果最佳，降解率达到90.75%。

SrWO4；水热法；光降解；罗丹明B

随着我国经济的高速发展，纺织印染行业的排水量大幅度增长，由此而造成了严重的环境污染及经济损失。因此，解决印染废水问题具有非常重要的社会意义和经济效益。目前，对印染废水的处理主要采用物理法、化学法和生物法。物理吸附法中的膜分离技术易发生膜堵塞，需要定期进行化学处理，费用高；化学处理法不仅会造成环境的污染，而且成本较高[1]；生物处理法的条件较苛刻，例如厌氧-好氧法虽经济，但耗时长，对水质的适应性弱。

本文利用水热法合成了钨酸锶微米球，通过XRD、SEM和FTIR等手段对其进行了表征。以罗丹明B为模拟对象，合成的钨酸锶微米球为光催化剂，研究了水热温度、前驱液pH值等因素对罗丹明B降解率的影响。

1 实验

1.1 主要仪器和试剂

仪器：V-1100D 型分光光度计(上海美谱达仪器有限公司)；PHS-3CT型数字pH计(上海雷磁仪器厂)；DF-101S型集热式恒温磁力加热搅拌器(巩义市于华仪器有限责任公司)；水热合成反应釜(郑州博科仪器设备有限公司)；电热恒温鼓风干燥箱(上海精宏实验设备有限公司)。

试剂：钨酸钠(AR)，硝酸锶(AR)，罗丹明B(AR)，无水乙醇(AR)，氨水(AR)，氢氧化钠(AR)(国药集团化学试剂有限公司)。

1.2 水热法合成SrWO4

称取2.116 3 g (0.01 mol)Sr(NO3)2和3.298 5 g (0.01 mol)Na2WO4·2H2O，分别用35 mL与100 mL的去离子水溶于250 mL烧杯中，于集热式恒温加热磁力搅拌器搅拌20 min，直至药品完全溶解。将溶解好的Sr(NO3)2溶液缓慢倒入Na2WO4·2H2O溶液中并于集热式恒温加热磁力搅拌器中搅拌30 min，使之混合均匀(产生白色沉淀)，再放入高功率数控超声波清洗器工作 20 min。把上述所得混合液移入2个容积各为100 mL的水热合成反应釜中，填充度为70%，置入电热恒温鼓风干燥箱，在180 ℃下恒温24 h，然后自然冷却。将白色沉淀用去离子水和无水乙醇洗涤数次，在60 ℃电热恒温鼓风干燥箱干燥6 h，得到SrWO4样品。

1.3 SrWO4的表征

本实验采用UV-1100紫外可见分光光度计对样品进行光性能分析，采用捷克VEGA3 SBU/SBH型SEM对样品进行形貌分析，采用德国X射线衍射仪(Bruker D8 Advance X-Ray powder diffractometer,Cu Kα射线，λ=0.154 nm)进行实验。

SrWO4材料的光催化性能测试方法：将制备的SrWO4粉末添加到罗丹明B溶液中，在一定温度和pH值条件下，于罗丹明B最大吸收波长(554 nm)处测定其吸光度，经紫外光辐照一段时间后过滤，取上层清液，测定滤液残存罗丹明B吸光度。根据紫外光辐照前后样品吸光度的变化，根据公式(1)计算罗丹明B的降解率：

(1)

其中：D为降解率；C0和C分别为罗丹明B的初始浓度和降解后的浓度(mg/L)。

2 结果与讨论

2.1 XRD及FT-IR分析

图1所示为在水热条件为140 ℃、24 h下所得SrWO4样品的XRD图谱及FT-IR图。由图1(a)可知：所得SrWO4样品的衍射峰与标准卡片(JCSD 08-0490)完全吻合，表明制备的SrWO4样品晶型较好，物相单一，纯度较高。此外，由图1(a)可以看出：所得样品的最强衍射峰为2θ=27.8°，对应于(112)晶面。具有体心四面体结构的SrWO4，其主要的红外光谱的吸收峰是在400～1 000 cm-1之间。从图1(b)可以看出：特征吸收峰出现在807 cm-1，这源于四面体中W-O键的伸缩振动。在1 632 cm-1与3 436 cm-1处产生的吸收峰分别是由于自由水与结晶水中羟基的伸缩振动造成的。

2.2 SEM形貌分析

图2所示水热条件为140 ℃、24 h下所得SrWO4材料的SEM形貌，其中图2(a)～(d)所示分别为pH=3及pH=7条件下合成的SrWO4材料。由图2可以看出：所得均呈现裂开的椭球状，并且颗粒大小均一，分散均匀，颗粒尺寸大约为5 μm。此外，由图2(b)(d)中裂开的椭圆球可以看出：本实验制备的SrWO4材料均为实心球形，内部由许多大小均匀的细小微粒组成。

图1 钨酸锶(140 ℃，24 h)的XRD图及FT-IR图

图2 钨酸锶(140 ℃，24 h)的SEM图

2.3 光催化性能分析

图3所示不同水热条件所得SrWO4样品对罗丹明B降解率的影响。由图3(a)中可以看出：在120、140、160、180 ℃水热温度下得到的SrWO4对罗丹明B的降解率分别为81.21%、90.75%、85.67%、83.95%。在140 ℃下合成的SrWO4对罗丹明B的降解率最佳。随着水热温度升高SrWO4的光催化活性有所下降，原因可能是温度过高时，在高温高压下有些晶体引起的杂质及结构缺陷会致其重新溶于溶液造成重结晶的不良反应；而温度太低时则是没有达到催化剂成型的温度，使其发育不完全。

图3(b)是(140 ℃，24 h)在不同pH值下合成的SrWO4，从图3可见：当pH值为1时该催化剂对罗丹明B的降解率呈平缓趋势；当pH值为3、5和7时光催化剂钨酸锶对罗丹明B起到了一定的降解效果；当pH值为11时略有下降。因此，pH值对钨酸锶样品结构和结晶相有较大的影响：在酸性条件下(pH值为3、5)合成的SrWO4粉体晶型发育得较好，结晶度较高，尤其是当pH=3时，降解效率最优达到90%左右，而在碱性条件下(pH=11)时光催化降解率较差。

图3 反应温度及前驱液pH值对罗丹明B的降解率的影响

3 结论

以钨酸钠和硝酸锶为原料，采用水热法合成了椭球状颗粒SrWO4。通过单因素实验研究了水热反应温度及前驱液pH值对所得材料光催化性能的影响。实验结果表明：所得SrWO4结晶度高，SEM测试显示为微米级椭球状颗粒材料；当水热反应温度为140 ℃、反应时间24 h、pH=3时，所得材料对罗丹明B的光催化降解率达到90.75%。

[1] 董殿波.印染废水处理技术研究进展[J].染料与染色,2015(4):56-62.

[2] 崔鹏,范益群,徐南平,等.TiO2负载膜的制备、表征及光催化性能[J].催化学报,2000,21(5):494-496.

[3] 耿静漪,朱新生,杜玉扣.TiO2-石墨烯光催化剂:制备及引入石墨烯的方法对光催化性能的影响[J].无机化学学报,2012,28(2):357-361.

[4] TIAN C,ZHANG Q,WU A,et al.Cost-effective large-scale synthesis of ZnO photocatalyst with excellent performance for dye photodegradation[J].Chemical Communications,2012,48(23):2858-2860.

[5] KIM J,LEE C W,CHOI W.Platinized WO3as an environmental photocatalyst that generates OH radicals under visible light[J].Environmental Science & Technology,2010,44(17):6849-6854.

[6] WANG G,HUANG B,LI Z,et al.Synthesis and characterization of ZnS with controlled amount of S vacancies for photocatalytic H2production under visible light[J].Scientific reports,2015(5)：332-337.

[7] ZHANG J,WANG Y,JIN J,et al.Efficient visible-light photocatalytic hydrogen evolution and enhanced photostability of core/shell CdS/g-C3N4nanowires[J].Acs Applied Materials & Interfaces,2013,20(5):10317-10324.

[8] TANVEER M,CAO C,ALI Z,et al.Template free synthesis of CuS nanosheet-based hierarchical microspheres:an efficient natural light driven photocatalyst[J].CrystEngComm,2014,24(16):5290-5300.

[9] TIAN Y,CHANG B,LU J,et al.Hydrothermal synthesis of graphitic carbon nitride-Bi2WO6heterojunctions with enhanced visible light photocatalytic activities[J].Acs Applied Materials & Interfaces,2013,15(5):7079-7085.

[10]WANG Y,WANG Q,ZHAN X,et al.Visible light driven type II heterostructures and their enhanced photocatalysis properties:a review[J].Nanoscale,2013,18(5):8326-8339.

[11]SHIVAKUMARA C,SARAF R,BEHERA S,et al.Scheelite-type MWO4(M=Ca,Sr,and Ba) nanophosphors:Facile synthesis,structural characterization,photoluminescence,and photocatalytic properties[J].Materials Research Bulletin,2015,61:422-432.

(责任编辑 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 基金项目：福建省大学生创新创业训练计划项目(201410397031)；武夷学院校科研基金资助项目(理工类)(XL201502)

谢文菊(1986—)，女，河南南阳人，讲师，主要从事纳米及催化材料研究，E-mail:xiewenju2011@163.com。

谢文菊，董文琴，刘婉霞，等.水热法制备微球SrWO4及其光催化性能的研究[J].重庆理工大学学报(自然科学)，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