CN103785430B - 一种炭质纤维修饰的膨润土片层负载磷酸银的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种炭质纤维修饰的膨润土片层负载磷酸银的制备方法，具体步骤如下：将干燥膨润土粉末加入到甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵溶液中，搅拌下加入磷酸银，继续搅拌；再加入引发剂过硫酸铵，加热并搅拌发生聚合，沉淀分离，烘干；将得到的材料置于真空炉中煅烧，将煅烧后的产品置于微波炉中，微波辐照；将微波辐照过的产品加入到磷酸溶液中，搅拌，沉淀分离，烘干即得到一种炭质纤维修饰的膨润土片层负载磷酸银催化剂。膨润土片层被剥离，炭质纤维和磷酸银颗粒覆盖于膨润土表面，由于炭质纤维的导电性，可以将光生电子导出避免其和空穴复合。剥离的膨润土片层有利于层间磷酸银接受光照激发。

Description

一种炭质纤维修饰的膨润土片层负载磷酸银的制备方法

技术领域

本发明涉及环境污染控制新材料领域，尤其涉及一种炭质纤维修饰的膨润土片层负载磷酸银的制备。

背景技术

随着科技的发展，来自工农业生产中产生的毒害有机污染物严重威胁着环境和人类的健康，寻求一种新型高效的环境治理技术具有重要的意义。光催化技术因其节能、高效、污染物降解彻底、无二次污染优点，目前已成为一种具有重要应用前景的新兴环境治理技术。近年来，新型高效的可见光光催化剂的研制成为光催化技术中的一个重要研究内容，其中具有表面等离子共振效应的光催化材料，因其独特的表面物理化学性质和高效的可见光光催化性能，成为研究的热点之一。

膨润土是一种以蒙脱石为主要矿物组成的粘土岩，蒙脱石由于破键、晶格内类质同象取代及吸附在其表面的腐殖质离解等原因而带负电荷，从而导致晶格层间结合疏松，遇水易膨胀成碎片，颗粒分散度高，具有巨大的内表面积和大量的交换性阳离子，使其具有良好的吸附性能和离子交换性能。利用膨润土负载的催化剂，在目前催化研究领域中占有重要的位置。它具有制备工艺简单、催化选择性好、催化活性高、无污染、易与反应体系分离以及可循环使用等优点。但在膨润土负载催化剂的应用过程中还存在一些问题：比如膨润土将催化剂负载到层间后，层间距可能会有些增大，但由于膨润土是层结构，层与层之间是水平结构，层间距较小，中间还夹杂着催化剂晶体，另外还有层间结合水，严重影响了污染物向催化剂表面的扩散，导致催化剂表面不能完全被利用，而降低了催化效率。

磷酸银是一种新型的可见光催化剂，该催化剂活性高，应用广，可以用于各种有机物分解。但该催化剂稳定性差，在光作用下产生的空穴和光生电子容易复合，导致其重复利用率低。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种炭质纤维修饰的膨润土片层负载磷酸银的制备。

本发明采用的技术方案是依次包括如下步骤：

1)将重量为10g、过80-100目筛的干燥膨润土粉末加入到50mL、浓度为50～80mmol/L的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵溶液中，搅拌1h，搅拌的同时，再加入20mL，浓度为40～80mmol/L的磷酸银，继续搅拌3h，将甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和银离子交换到膨润土层间；

2)向上述体系中加入5～15mmol引发剂过硫酸铵，60～80℃下搅拌4-5h，发生聚合，在膨润土层间形成高分子纤维聚合物，沉淀分离，60～75℃烘干；

3)将得到的材料置于真空炉中，400～600℃下隔绝空气煅烧2～3h，将其中的高分子纤维碳化，形成炭质纤维；

4)将煅烧后的产品置于700W微波炉中，微波辐照15～25min，利用微波炉的作用，局部加热，将部分碳烧掉形成二氧化碳，将膨润土片层剥离；

5)将微波辐照过的产品加入到体积为50mL，浓度为20～40mmol/L的磷酸溶液中，搅拌2～4h，沉淀分离，80～105℃烘干即得到一种炭质纤维修饰的膨润土片层负载磷酸银催化剂。

本发明的优点是：

首先利用膨润土的阳离子交换作用将具有聚合性能的单体和银离子交换到膨润土层间，再聚合、碳化、剥离、最后磷酸和氧化银作用生成磷酸银。该过程中由于适当控制聚合单体的交换量，可以控制单体聚合为纤维状而存在于膨润土层间，经过碳化之后，形成炭质纤维。

炭质纤维表面存在磷酸银颗粒，磷酸银在光照之后会激发形成空穴和光生电子，由于炭质纤维的导电性，可以将光生电子导出参与溶液中的还原反应，从而避免了和空穴的复合。空穴则参与氧化反应。

由于利用微波炉的微波加热分解部分有机物，在分解过程中产生大量的二氧化碳，将膨润土的层结构破坏，得到剥离的膨润土，由于处于剥离状态，巨大的膨润土内表面积变为外表面积，其表面负载的磷酸银在光催化过程中更容易接受到光照，更易于和待处理有机物接触，促进传质。

具体实施方式

以下进一步提供本发明的3个实施例：

实施例1

将重量为10g、过100目筛的干燥膨润土粉末加入到50mL、浓度为80mmol/L的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵溶液中，搅拌1h，搅拌的同时，再加入20mL，浓度为80mmol/L的磷酸银，继续搅拌3h；再加入15mmol引发剂过硫酸铵，80℃下搅拌5h，沉淀分离，75℃烘干；将得到的材料置于真空炉中，600℃下隔绝空气煅烧3h；将煅烧后的产品置于700W微波炉中，微波辐照25min；将微波辐照过的产品加入到体积为50mL，浓度为40mmol/L的磷酸溶液中，搅拌4h，沉淀分离，105℃烘干即得到炭质纤维修饰的膨润土片层负载磷酸银催化剂。

将炭质纤维修饰的膨润土片层负载磷酸银催化剂用于处理含亚甲基蓝废水：0.5g质纤维修饰的膨润土片层负载磷酸银催化剂加入到300mL浓度为60mg/L的亚甲基蓝废水中，在300W金卤灯照射下，反应30min，脱色率为97.5％，催化剂分离重复利用5次后，同样条件下，反应30min，脱色率为92.9％。

同样质量的磷酸银颗粒在相同的条件下，30min时脱色率为90.1％，相比质纤维修饰的膨润土片层负载磷酸银催化剂，磷酸银颗粒所含的银量相对要大得多，因此本申请所得到的产品更经济，效果更好。

实施例2

将重量为10g、过80目筛的干燥膨润土粉末加入到50mL、浓度为50mmol/L的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵溶液中，搅拌1h，搅拌的同时，再加入20mL，浓度为40mmol/L的磷酸银，继续搅拌3h；再加入5mmol引发剂过硫酸铵，80℃下搅拌4h，沉淀分离，60℃烘干；将得到的材料置于真空炉中，400℃下隔绝空气煅烧2h；将煅烧后的产品置于700W微波炉中，微波辐照15min；将微波辐照过的产品加入到体积为50mL，浓度为20mmol/L的磷酸溶液中，搅拌2h，沉淀分离，80℃烘干即得到炭质纤维修饰的膨润土片层负载磷酸银催化剂。

将制得的炭质纤维修饰的膨润土片层负载磷酸银催化剂用于处理含酸性大红废水：0.5g质纤维修饰的膨润土片层负载磷酸银催化剂加入到300mL浓度为60mg/L的酸性大红废水中，在300W金卤灯照射下，反应30min，脱色率为96.6％，催化剂分离重复利用5次后，同样条件下，反应30min，脱色率为94.8％。同样质量的磷酸银颗粒在相同的条件下，30min时脱色率为91.9％。

实施例3

将重量为10g、过100目筛的干燥膨润土粉末加入到50mL、浓度为70mmol/L的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵溶液中，搅拌1h，搅拌的同时，再加入20mL，浓度为70mmol/L的磷酸银，继续搅拌3h；再加入10mmol引发剂过硫酸铵，60℃下搅拌4h，沉淀分离，75℃烘干；将得到的材料置于真空炉中，500℃下隔绝空气煅烧3h；将煅烧后的产品置于700W微波炉中，微波辐照25min；将微波辐照过的产品加入到体积为50mL，浓度为40mmol/L的磷酸溶液中，搅拌4h，沉淀分离，100℃烘干即得到炭质纤维修饰的膨润土片层负载磷酸银催化剂。

将制得的炭质纤维修饰的膨润土片层负载磷酸银催化剂用于处理含酸性大红废水：0.5g质纤维修饰的膨润土片层负载磷酸银催化剂加入到300mL浓度为60mg/L的酸性大红废水中，在300W金卤灯照射下，反应30min，脱色率为97.9％，催化剂分离重复利用5次后，同样条件下，反应30min，脱色率为92.8％。同样质量的磷酸银颗粒在相同的条件下，30min时脱色率为91.5％。

Claims (1)

1.一种炭质纤维修饰的膨润土片层负载磷酸银的制备方法，其特征是依次包括如下步骤：

1)将重量为10g、过80-100目筛的干燥膨润土粉末加入到50mL、浓度为50～80mmol/L的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵溶液中，搅拌1h，搅拌的同时，再加入20mL，浓度为40～80mmol/L的磷酸银，继续搅拌3h，将甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和银离子交换到膨润土层间；

2)向上述体系中加入5～15mmol引发剂过硫酸铵，60～80℃下搅拌4-5h，发生聚合，在膨润土层间形成高分子纤维聚合物，沉淀分离，60～75℃烘干；

3)将得到的材料置于真空炉中，400～600℃下隔绝空气煅烧2～3h，将其中的高分子纤维碳化，形成炭质纤维；

4)将煅烧后的产品置于700W微波炉中，微波辐照15～25min，利用微波炉的作用，局部加热，将部分碳烧掉形成二氧化碳，将膨润土片层剥离；

5)将微波辐照过的产品加入到体积为50mL，浓度为20～40mmol/L的磷酸溶液中，搅拌2～4h，沉淀分离，80～105℃烘干即得到一种炭质纤维修饰的膨润土片层负载磷酸银催化剂。