CN102000594B - 可见光光催化剂银和磷酸银的制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可见光光催化剂银和磷酸银的制备方法及其应用，属于光催化技术领域。其特征是催化剂制备方法包括以下步骤：取磷酸二氢钠，聚乙烯吡咯烷酮溶解于乙二醇中，放于水浴锅中，磁力搅拌，取硝酸银溶解于乙二醇中。将硝酸银的乙二醇溶液滴加到磷酸二氢钠及聚乙烯吡咯烷酮的乙二醇溶液中，60℃恒温搅拌。将磷酸银溶液移入160℃油浴中磁力搅拌，反应结束后洗涤得银和磷酸银催化剂。进行可见光光催化实验，结果证明该催化剂具有良好的可见光活性。本发明的有益效果是工艺简单，可用于大规模工业生产，在可见光范围内对有机染料废水的降解效率较高，具有很高的实用价值和应用前景。

Description

可见光光催化剂银和磷酸银的制备方法及其应用

技术领域

本发明属于环境治理中的光催化技术领域，涉及一种可见光光催化剂的制备方法及其应用，特别涉及到一种可见光光催化剂银和磷酸银的制备方法及其应用。

背景技术

随着资源过度开发利用和环境污染的加重，人类可用资源越来越短缺，生活环境受到越来越严重的破坏，能源和环境问题成为当今世界关注的两大主要问题。如何合理利用自然界中有限的能源、有效控制和解决环境污染问题是新世纪各国科学家所研究的热门课题。利用光催化消除和降解污染物是当前最活跃的研究领域之一，人们研究开发了许多半导体光催化剂。近年来，逐渐兴起的半导体光催化氧化技术，为我们提供了一种合理利用能源和治理环境污染的理想方法。使我们能够真正实现利用取之不尽、用之不竭的太阳能解决环境污染和能源短缺问题。

光催化材料一直是科学研究的热点之一。上世纪七十年代初，日本东京大学Fujishima和Honda发现光照的TiO₂单晶电极能使水分解成氢和氧。此后，利用半导体光催化剂把光能转化成电能和化学能就成为最热门的研究课题之一。在众多半导体光催化剂中，TiO₂因其具有化学稳定性高、耐光腐蚀、对人体无害、廉价等特点，而成为半导体光催化研究领域中最活跃的一种物质。然而，锐钛矿型TiO₂的禁带宽度为3.2eV，其激发波长为387.5nm，属于紫外光区。而对于太阳光谱，主要能量集中于460nm-600nm波长范围，所以紫外光所占比例不足5％。而室内光源的能量也主要集中在550nm-600nm。因此，开发新型可见光光催化剂，拓展太阳光吸收的波长范围，提高太阳能的利用率，成为目前光催化研究的热点方向。

发明内容

本发明提供了一种无污染、步骤简单的可见光光催化剂银和磷酸银的制备方法及其应用方法，该制备方法合成的催化剂对有机染料废水有良好的可见光降解效果。

本发明所述催化剂的制备方法如下：

1)溶液配置：取0.1-0.5g NaH₂PO₄·2H₂O和0.01-0.1g PVP溶解于5-15ml乙二醇中，得到PVP和NaH₂PO₄·2H₂O的乙二醇混合溶液。取0.1-0.7g AgNO₃溶解于1-10ml乙二醇中，得到AgNO₃的乙二醇溶液。

2)磷酸银的制备：将AgNO₃的乙二醇溶液逐滴加入PVP和NaH₂PO₄·2H₂O的乙二醇混合溶液中，放入水浴中，恒温60℃，持续搅拌10-60min，得到磷酸银溶液。

3)将上述制备的磷酸银溶液放入100-170℃的油浴锅中，持续搅拌20-80min，制备可见光光催化剂银和磷酸银溶液。

4)将以上所得样品水洗，醇洗，分离，在70℃的条件下干燥，得到可见光光催化剂银和磷酸银。

上述的可见光光催化剂银和磷酸银可以在降解有机染料废水中得到应用，技术方案如下：

在一个玻璃石英反应器中，降解罗丹明B等有机染料光催化反应时，使用500W的氙灯作为光源，氙灯离反应器的距离为15cm，用滤光镜滤去波长为410nm以下的紫外光；在容器底部加磁力搅拌，将可见光光催化剂银和磷酸银分散到溶液中，可以用721型分光光度计测定溶液的吸光度来检测溶液浓度的变化。

本发明的效果和益处是：

(1)其制备工艺简单，不需要昂贵的设备，既可用于实验操作，又可工业上大规模生产。

(2)本发明制备的可见光光催化剂银和磷酸银降解有机染料废水，表现出很好的光催化活性，具有很好的光吸收性能。

(3)本发明中制备的可见光光催化剂银和磷酸银，该复合光催化剂更有利于电子的传递，从而进一步提高光催化的效率。同时，使该光催化剂具有更好的稳定性。

附图说明

图1是本发明的Ag和Ag₃PO₄的X射线衍射(XRD)图。横坐标是两倍的衍射角(2θ)，纵坐标是衍射峰的强度(cps)。图中：Ag₃PO₄：JCODS NO.08-0505

图1a是Ag和Ag₃PO₄的X射线衍射(XRD)图的局部放大图。图中：Ag：JCODS NO.04-0783

图2是本发明的Ag和Ag₃PO₄的能量扩散X射线(EDX)谱图。

图3是所制备的银和磷酸银可见光光催化剂的紫外可见漫反射图(UV-Vis-DRS)。横坐标是光激发波长(nm)，纵坐标是吸光度。

图4是光催化降解有机染料罗丹明B的示意图。横坐标是反应时间(min)，纵坐标是罗丹明B的浓度(mg L^-1)。

图中：-■-自然降解-●-直接光照下的降解-▲-Ag和Ag₃PO₄光催化

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。

实施例1

可见光光催化剂的制备

称取0.12g NaH₂PO₄和0.54g PVP溶解于12ml的乙二醇溶液中，放于60℃的磁力搅拌水浴锅中，称取0.17g AgNO₃固体溶解于3ml的乙二醇中，得到AgNO₃的溶液；将AgNO₃溶液逐滴加入NaH₂PO₄和PVP的混合溶液中，恒温60℃，持续搅拌30min，得到Ag₃PO₄溶液。将所得Ag₃PO₄溶液移入160℃油浴磁力搅拌锅中，恒温20-80min。反应结束后洗涤，干燥，得到Ag和Ag₃PO₄催化剂。图1展示了本发明的可见光光催化剂Ag和Ag₃PO₄的X射线衍射(XRD)图，从图中可以看到Ag和Ag₃PO₄的峰。图2展示了本发明的可见光光催化剂Ag和Ag₃PO₄的能量扩散X射线(EDX)谱图，从图中的结果可以看到与XRD的结果是一致的。紫外可见漫反射图(UV-Vis-DRS)如图3所示，从图中可以看出可见光光催化剂银和磷酸银在可见光区有较强的吸收，表现出较好的可见光光催化活性。

实施例2

可见光光催化剂Ag和Ag₃PO₄降解罗丹明B

称取20mg催化剂加入20ml罗丹明B溶液(20mg L^-1).避光搅拌30min，使罗丹明B在催化剂表面达到吸附饱和。使用500W的氙灯作为光源，用滤光镜滤去波长为410nm以下的紫外光，进行光催化反应。每隔10min取2ml反应液，离心，取上清液用721型分光光度计测定溶液的吸光度来检测溶液浓度的变化，反应过程中持续搅拌，反应40min后，罗丹明B的降解率达到了100％。

光催化降解有机染料罗丹明B效果示意图如图4所示，在图4中还给出了罗丹明B的自然降解、直接在氙灯照射下光解的曲线及Ag和Ag₃PO₄光催化降解曲线。从图4可以看出Ag和Ag₃PO₄高效的可见光光催化性能。

Claims (1)

1.一种可见光光催化剂银和磷酸银的制备方法，其特征在于以下步骤：

1)溶液配置：取0.1-0.5g NaH₂PO₄·2H₂O和0.01-0.1g PVP溶解于5-15ml乙二醇中，得到PVP和NaH₂PO₄·2H₂O的乙二醇混合溶液；取0.1-0.7g AgNO₃溶解于1-10ml乙二醇中，得到AgNO₃的乙二醇溶液；

2)磷酸银的制备：将AgNO₃的乙二醇溶液逐滴加入PVP和NaH₂PO₄·2H₂O的乙二醇混合溶液中，放入水浴中，恒温60℃，持续搅拌10-60min，得到磷酸银溶液；

3)将上述制备的磷酸银溶液放入100-170℃的油浴锅中，持续搅拌20-80min，制备可见光光催化剂银和磷酸银溶液；

4)将以上所得样品水洗，醇洗，分离，在70℃的条件下干燥，得到可见光光催化剂银和磷酸银。

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