CN105536841A - AgSiO2核壳结构修饰改性g-C3N4光催化纤维制备方法 - Google Patents
AgSiO2核壳结构修饰改性g-C3N4光催化纤维制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105536841A CN105536841A CN201510902577.6A CN201510902577A CN105536841A CN 105536841 A CN105536841 A CN 105536841A CN 201510902577 A CN201510902577 A CN 201510902577A CN 105536841 A CN105536841 A CN 105536841A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fiber
- pvp
- sio2
- preparation
- dispersion liquid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 title claims abstract description 25
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 title abstract description 13
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 24
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims abstract description 8
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims abstract description 6
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 5
- 101710134784 Agnoprotein Proteins 0.000 claims description 19
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 9
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 4
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims description 3
- 238000000578 dry spinning Methods 0.000 claims description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 12
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 4
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(1+) nitrate Chemical compound [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 3
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 239000002055 nanoplate Substances 0.000 abstract 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 abstract 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 abstract 2
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 abstract 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000004299 exfoliation Methods 0.000 abstract 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 abstract 1
- WHNWPMSKXPGLAX-UHFFFAOYSA-N N-Vinyl-2-pyrrolidone Chemical compound C=CN1CCCC1=O WHNWPMSKXPGLAX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 19
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 12
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 9
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 8
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 8
- 230000004044 response Effects 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 4
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 3
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 239000013068 control sample Substances 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000006837 decompression Effects 0.000 description 2
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 2
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 description 2
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 229920002401 polyacrylamide Polymers 0.000 description 2
- 239000003223 protective agent Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920003081 Povidone K 30 Polymers 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000004298 light response Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 239000000985 reactive dye Substances 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/24—Nitrogen compounds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/396—Distribution of the active metal ingredient
- B01J35/398—Egg yolk like
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
- B01J35/58—Fabrics or filaments
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/308—Dyes; Colorants; Fluorescent agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/40—Organic compounds containing sulfur
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/10—Photocatalysts
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
- Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
一种AgSiO2核壳结构修饰改性g-C3N4光催化纤维制备方法，包括以下步骤：(1)将g-C3N4超声分散在APAM水溶液中，得到含g-C3N4纳米片的分散液；(2)将PVP溶入乙二醇中，再加入AgNO3，加入过量的丙酮沉淀析出Ag颗粒，分离得到Ag纳米颗粒；(3)将Ag纳米颗粒分散到无水乙醇中，加入去离子水、氨水和含正硅酸乙酯乙醇溶液，离心得到SiO2包裹的Ag纳米颗粒；(4)将SiO2纳米包裹的Ag纳米颗粒和APAM水溶液滴加到含g-C3N4纳米片的混合液中，浓缩得到纺丝液；(5)将纺丝液纺丝获得前驱体纤维；前驱体纤维经热处理获得AgSiO2修饰的g-C3N4纤维光催化材料。该方法极大的缩短了g-C3N4的层剥离时间；制备出的光催化水处理功能纤维材料，更容易回收利用。
Description
技术领域
本发明涉及到一种AgSiO2修饰改性g-C3N4纤维半导体光催化材料的制备方法，属于光催化材料制备技术领域。
背景技术
在一定能量光的照射下,半导体光催化材料受激发可产生光生电子和空穴，在其表面与所吸附的物质发生氧化还原反应，这可用于氧化甚至矿化水中的有机污染物或分解水制备氢气，是实现光能转化利用与水体净化的有效途径。然而，以TiO2为代表的常规光催化剂，由于自身带隙能较宽，致使其光谱响应范围窄且光生电子空穴对极易复合，从而限制了催化剂的宽光谱响应和光量子效率的提高。因此，制备兼具可见光响应和优良光催化效率的新型光催化材料，业已成为水处理工作者十分关注的研究热点之一。
g-C3N4，也即层状石墨相的C3N4，是一种不同于氧化物、硫化物及氮氧化物的非金属聚合物半导体，也是一种新型的光催化剂。基于3-s-三嗪环稳定结构的g-C3N4晶体具有独特的性能，诸如良好的热稳定性、化学稳定性和耐光化学腐蚀能力，对可见光有一定的吸收等。尽管g-C3N4作为可见光催化剂已显示出了良好的应用前景，但其形态与性能距水处理实用化还有很长的路要走。目前，g-C3N4在水处理研究中的两种主要形式，也即微/纳米粉体和负载型光催化剂均存在着难以克服的弊端：颗粒悬浮相体系反应后分离回收难，固定相技术负载不牢且光催化效率低。此外，这种材料的光生电子与空穴复合快，因而光催化活性偏低；虽能吸收太阳光谱中波长小于475nm蓝紫光,但对长波可见及近红外光的响应有限。凡此种种，使这种新型光催化剂的实际应用受到了极大制约。不难看出，制备集悬浮相和固定相技术优势与一体且有利于回收的g-C3N4光催化纤维新材料，是推进其实用化的必由之路。
光催化纤维的研制与应用，是实现g-C3N4等光催化剂使用、回收与再利用一体化的有效途径，但催化材料本身所固有的光响应缺陷却不能因此而改善。研究表明，适量贵金属Ag的引入，可以通过形成异质结的方式对g-C3N4进行物理复合改性，借助单质Ag很强的局域表面等离子共振效应，制得具有良好可见光乃至近红外光响应的复合催化剂，但这种催化剂在光照下容易发生光腐蚀。由此可见，在拓展光谱响应、增大光催化活性的同时，还必须同步提高催化剂的稳定性，如何抑制Ag的光腐蚀，无疑是彻底解决问题的关键所在。
SiO2纳米薄层是一种惰性透光的绝缘材料，在以Ag为核、SiO2为壳所构成的核-壳结构中，可以充当单质Ag的保护剂，能够有效抑制其光腐蚀却又不影响其可见、近红外的光谱响应。因此，首先形成SiO2纳米薄层包裹Ag的AgSiO2核-壳结构，再选择适宜条件最终制备AgSiO2修饰的g-C3N4纤维，这种新材料可以同时克服当前g-C3N4光催化水处理应用方面的诸多不足，是实用化新型光催化剂研制方面的一项突破。
目前，以Ag为核、SiO2为壳共同修饰g-C3N4、制备g-C3N4连续纤维的研究文献尚未见报。
发明内容
本发明的目的在于克服现有g-C3N4光催化材料制备技术中存在的不足，提供一种AgSiO2核壳结构修饰改性g-C3N4光催化纤维制备方法，该方法旨在改变传统微/纳米级及负载型g-C3N4的光催化水处理应用形式，制备出催化效果好且易于回收再利用的g-C3N4纤维。其中，采用阴离子型聚丙烯酰胺(APAM)水溶液作为层剥离液，通过超声法获得g-C3N4纳米薄层结构是成功制备的关键工序。
本发明的AgSiO2核壳结构修饰改性g-C3N4光催化纤维制备方法，是将原料按相应质量比混合，再采用减压蒸馏浓缩混合液，首先获得均匀稳定的溶胶纺丝液，采用旋转甩丝装置并通过干法工艺纺丝(参见中国专利公开号CN2873805Y)，最后经热处理获得纤维产物；包括以下步骤：
(1)按质量比0.3∶0.25∶0.25～1.75的比例，称取g-C3N4、AgNO3和PVP(聚乙烯吡咯烷酮K30)；
(2)将步骤(1)称取的g-C3N4超声分散在浓度为0.4～1g/L的APAM(阴离子型聚丙烯酰胺，分子量500万)水溶液中，调节分散液pH值至1～3，分散均匀并超声处理，通过离心分离和去离子水洗涤，再分散到浓度1.7～2g/L的PVP水溶液中，得到g-C3N4纳米片分散液；
(3)将步骤(1)中称取的PVP溶入乙二醇中，再加入步骤(1)中称取的AgNO3，油浴下搅拌，设置油浴温度在20～30分钟内达到130℃，保温1小时，待冷却到室温后加入过量丙酮沉淀析出单质Ag，离心分离获得Ag纳米颗粒，备用；
(4)将Ag纳米颗粒分散到无水乙醇中，超声分散均匀，向其中加入去离子水、氨水和含正硅酸乙酯10％体积的乙醇溶液，去离子水、氨水和正硅酸乙酯乙醇溶液的体积比为20∶1.2∶0.1～0.3，密封搅拌5～7小时，离心分离，得到SiO2纳米包裹的Ag纳米颗粒；
(5)将SiO2纳米薄层包裹的Ag纳米颗粒和浓度4～7.2g/L的APAM水溶液滴加到步骤(2)制备的g-C3N4纳米片的分散液中，搅拌均匀，浓缩得到纺丝液；其中纺丝液的粘度为5Pa·S～8Pa·S；
(6)纺丝液经干法纺丝，同时辅以气流线速度10m/秒且出口温度80℃的热风喷吹，得到浅黄色前驱体纤维，以4～7℃/分钟的升温速率由室温升到500℃～600℃，并保持2～3.5小时，自然冷却至室温，获得银灰色光催化纤维。
本发明具有以下特点：
(1)与常规纳米粉体材料相比，本发明制备出的纤维材料更容易回收利用。
(2)与无水乙醇、浓硫酸等常规剥离液相比，以荷负电的APAM水溶液为剥离液，可与电性相同的g-C3N4纳米片形成静电斥力，辅以超声处理，可大大提高g-C3N4的层剥离效率。
(3)原位生成纳米SiO2薄层并作Ag纳米颗粒保护剂，可望在有效规避Ag纳米颗粒光致腐蚀的同时，最大限度地发挥其局域表面等离子共振作用。
(4)该方法制备过程简单，反应条件温和，反应中所需的化学试剂廉价易得，且原料利用率高。
附图说明
图1为本发明制备的AgSiO2核壳结构修饰的g-C3N4光催化纤维的图片。
具体实施方式
实施例1
该实施例是依据0.3g的g-C3N4，质量比为1∶7的AgNO3和PVP的混合液进行配制的，即称取0.3g的g-C3N4、0.25gAgNO3和1.75gPVP。其具体步骤如下：
(1)将0.3g的g-C3N4加入到80ml浓度0.4～1g/L的APAM水溶液中，用稀盐酸将分散液pH值调至1～3，超声30分钟分散均匀。将均匀混合液超声处理4小时，通过离心分离，去离子水洗涤，再分散到10ml浓度1.7～2g/L的PVP水溶液中，得到浓度为24.4mg/ml的g-C3N4纳米片分散液。
(2)将1.75g的PVP溶解在100ml乙二醇中，在油浴加热并搅拌的条件下，加入0.25g的AgNO3，控温使油浴在20～30分钟内温度达到130℃并保温1小时。待冷却到室温后，加入360ml的丙酮沉淀析出Ag纳米颗粒，离心分离得到Ag纳米颗粒，备用。
(3)将得到的Ag纳米颗粒分散到80ml的无水乙醇中，超声分散10分钟后，加入20ml去离子水和1.2ml氨水。密封搅拌30分钟后，缓慢加入0.27ml含正硅酸乙酯10％(体积百分比)的乙醇溶液，继续密封搅拌5～7小时，离心分离得到SiO2包裹的Ag纳米颗粒。
(4)将SiO2包裹的Ag纳米颗粒和6.6ml浓度为4～7.2g/L的APAM水溶液加入到步骤(1)制备的g-C3N4纳米片的分散液中，搅拌1小时得到均匀混合液。将该混合液通过减压蒸馏浓缩并使其粘度达到5～8Pa·S，即获得均匀、稳定且可纺性优良的纺丝液。
(5)将上述纺丝液注入到旋转甩丝装置中，在温度25℃，相对湿度30％～40％，模具转速9000r/分钟的条件下，借助离心力将纺丝液从该装置尖端、孔径0.2mm的小孔中甩出，同时辅以气流线速度10m/秒且出口温度80℃的热风喷吹，通过网状收集装置收集后即得浅黄色AgSiO2修饰的g-C3N4前驱体纤维。
(6)采用程序升温工艺对其进行热处理，即将适量的纤维放到氧化铝坩埚中盖上盖子，以4～7℃/分钟的升温速率由室温升到500℃～600℃，并保温2～3.5小时，自然降温，即可获得AgSiO2核壳结构修饰的银灰色g-C3N4纤维产物。
以水中难降解的活性染料X-3B为探针评估纤维产物的光催化活性。实验操作如下：首先将载有0.1g纤维的圆形镍网，置于直径100mm、高50mm的结晶皿距底部10mm的烧结玻璃突刺上,构成实验使用的固定床型光催化反应器；注入100mL浓度为30mg/L的X-3B模拟废水反应液，有效水深为27mm。通过蠕动泵实现反应器内模拟废水的循环流动并控制流量为40ml/min。避光条件下先运行30分钟；纤维对X-3B的吸附和脱附达到动态平衡后开启反应器正上方、距反应液面0.3m的1000W氙灯，作为太阳光模拟光源照射120分钟，定时取样分析。以X-3B最大吸收波长536nm处的浓度(C)与吸光度(A)所建立的C-A标准曲线，测定反应前后的浓度并计算降解率。
实施例2
该实施例是依据0.3g的g-C3N4，质量比为1∶6的AgNO3和PVP的混合液进行配制的，其具体步骤与实施例1所不同的是：
将AgNO3∶PVP按1∶6质量比进行混合。也即，将1.50g的PVP溶解在100ml乙二醇中，在油浴加热并搅拌下的条件下，加入0.25g的AgNO3使其溶解，控温使油浴在20～30分钟内温度达到130℃，保温1小时。待冷却到室温后，加入360ml的丙酮沉淀析出Ag纳米颗粒，离心分离得到Ag纳米颗粒。
按实施例1中所述分析方法，测定并计算本实施例得到的光催化纤维对水中X-3B的降解率。
实施例3
该实施例是依据0.3g的g-C3N4，质量比为1∶5的AgNO3和PVP的混合液进行配制的，其具体步骤与实施例1所不同的是：
将AgNO3∶PVP按1∶5质量比进行混合。首先将1.25g的PVP溶解在100ml乙二醇中，在油浴加热并搅拌的条件下，加入0.25g的AgNO3使其溶解，控温使油浴在20～30分钟内温度达到130℃，保温1小时。待冷却到室温后，加入360ml的丙酮沉淀析出Ag纳米颗粒，离心分离得到Ag纳米颗粒。
按实施例1中所述分析方法，测定并计算本实施例得到的光催化纤维对水中X-3B的降解率。
实施例4
该实施例是依据0.3g的g-C3N4，质量比为1∶3的AgNO3和PVP的混合液进行配制的，其具体步骤与实施例1所不同的是：
将AgNO3∶PVP按1∶3质量比进行混合。首先将0.75g的PVP溶解在100ml乙二醇中，在油浴加热并搅拌的条件下，加入0.25g的AgNO3使其溶解，控温使油浴在20～30分钟内温度达到130℃，保温1小时。待冷却到室温后，加入360ml的丙酮沉淀析出Ag纳米颗粒，离心分离得到Ag纳米颗粒。
按实施例1中所述分析方法，测定并计算本实施例得到的光催化纤维对水中X-3B的降解率。
实施例5
该实施例是依据0.3g的g-C3N4，质量比为1∶1的AgNO3和PVP的混合液进行配制的，其具体步骤与实施例1所不同的是：
将AgNO3∶PVP按1∶1质量比进行混合。首先将0.25g的PVP溶解在100ml乙二醇中，在油浴加热并搅拌下的条件下，加入0.25g的AgNO3使其溶解，控温使油浴在20～30分钟内温度达到130℃，保温1小时。待冷却到室温后，加入360ml的丙酮沉淀析出Ag纳米颗粒，离心分离得到Ag纳米颗粒。
按实施例1中所述分析方法，测定并计算本实施例得到的光催化纤维对水中X-3B的降解率。
在历经120分钟的可见光照射下，以各实施例所得到的AgSiO2核壳结构修饰的g-C3N4纤维为光催化剂，对X-3B模拟废水的光催化降解实验结果如下表所示：
注：对照样品S0为制备中既未引入硅源、也未引入银源者，也即单纯的g-C3N4纤维；对照样品S1为AgNO3与PVP质量比为1∶6，但制备中未引入硅源，也即未形成SiO2纳米薄层包覆的纳米Ag负载g-C3N4纤维；降解率(％)的计算公式D＝1-C/C0×100。式中，D为降解率，C0和C分别表示光催化降解前后，水中X-3B的浓度。
从上表的实验结果不难看出，按照本发明所述制备方法制得的AgSiO2核壳结构修饰g-C3N4纤维具有优良的可见光光催化活性，其中又以实施例2所述样品的光催化活性为最佳，图1给出了实施例2制备的光催化纤维样品。
Claims (1)
1.一种AgSiO2核壳结构修饰改性g-C3N4光催化纤维制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按质量比0.3∶0.25∶0.25～1.75的比例，称取g-C3N4、AgNO3和PVP；
(2)将步骤(1)称取的g-C3N4超声分散在浓度为0.4～1g/L的APAM水溶液中，调节分散液pH值至1～3，分散均匀并超声处理，通过离心分离和去离子水洗涤，再分散到浓度1.7～2g/L的PVP水溶液中，得到g-C3N4纳米片分散液；
(3)将步骤(1)中称取的PVP溶入乙二醇中，再加入步骤(1)中称取的AgNO3，油浴下搅拌，设置油浴温度在20～30分钟内达到130℃，保温1小时，待冷却到室温后加入过量丙酮沉淀析出单质Ag，离心分离获得Ag纳米颗粒，备用；
(4)将Ag纳米颗粒分散到无水乙醇中，超声分散均匀，向其中加入去离子水、氨水和含正硅酸乙酯10％体积的乙醇溶液，去离子水、氨水和正硅酸乙酯乙醇溶液的体积比为20∶1.2∶0.1～0.3，密封搅拌5～7小时，离心分离，得到SiO2纳米包裹的Ag纳米颗粒；
(5)将SiO2纳米薄层包裹的Ag纳米颗粒和浓度4～7.2g/L的APAM水溶液滴加到步骤(2)制备的g-C3N4纳米片的分散液中，搅拌均匀，浓缩得到纺丝液；其中纺丝液的粘度为5Pa·S～8Pa·S；
(6)纺丝液经干法纺丝，同时辅以气流线速度10m/秒且出口温度80℃的热风喷吹，得到浅黄色前驱体纤维，以4～7℃/分钟的升温速率由室温升到500℃～600℃，并保持2～3.5小时，自然冷却至室温，获得光催化纤维。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510902577.6A CN105536841B (zh) | 2015-12-08 | 2015-12-08 | Ag@SiO2核壳结构修饰改性g‑C3N4光催化纤维制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510902577.6A CN105536841B (zh) | 2015-12-08 | 2015-12-08 | Ag@SiO2核壳结构修饰改性g‑C3N4光催化纤维制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105536841A true CN105536841A (zh) | 2016-05-04 |
| CN105536841B CN105536841B (zh) | 2017-10-24 |
Family
ID=55816677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510902577.6A Expired - Fee Related CN105536841B (zh) | 2015-12-08 | 2015-12-08 | Ag@SiO2核壳结构修饰改性g‑C3N4光催化纤维制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105536841B (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108101010A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-06-01 | 南京理工大学 | 石墨相氮化碳量子点的制备方法 |
| CN108714431A (zh) * | 2018-03-22 | 2018-10-30 | 中南林业科技大学 | 一种纳米纤维素增强复合光催化剂及其制备方法和应用 |
| CN109023926A (zh) * | 2018-07-05 | 2018-12-18 | 盐城工学院 | 一种负载Ag6Si2O7/g-C3N4自清洁纺织品及其制备方法 |
| CN112156805A (zh) * | 2020-10-19 | 2021-01-01 | 西安工程大学 | 用废棉制备掺银软碳-氮化碳-TiO2复合材料的方法 |
| CN113020591A (zh) * | 2021-03-04 | 2021-06-25 | 沈阳大学 | 通过蠕动泵定量且匀速的加入四乙氧基硅烷制备不同壳层厚度的银-二氧化硅核壳纳米颗粒 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009048186A1 (en) * | 2007-10-08 | 2009-04-16 | Industrial Cooperation Foundation Chonbuk National University | Tio2-capsulated metallic nanoparticles photocatalyst enable to be excited by uv or visible lights and its preparation method |
| CN102909008A (zh) * | 2012-10-26 | 2013-02-06 | 湖北工业大学 | 一种TiO2/SiO2-Ag-SiO2纳米复合薄膜的制备方法 |
| CN103350226A (zh) * | 2013-07-16 | 2013-10-16 | 合肥工业大学 | 一种SiO2/Ag复合微米球及其制备方法 |
| CN103350000A (zh) * | 2013-07-22 | 2013-10-16 | 蚌埠学院 | 具有核/壳结构的金属-有机骨架/SiO2复合纳米材料及其制备方法和应用 |
-
2015
- 2015-12-08 CN CN201510902577.6A patent/CN105536841B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009048186A1 (en) * | 2007-10-08 | 2009-04-16 | Industrial Cooperation Foundation Chonbuk National University | Tio2-capsulated metallic nanoparticles photocatalyst enable to be excited by uv or visible lights and its preparation method |
| CN102909008A (zh) * | 2012-10-26 | 2013-02-06 | 湖北工业大学 | 一种TiO2/SiO2-Ag-SiO2纳米复合薄膜的制备方法 |
| CN103350226A (zh) * | 2013-07-16 | 2013-10-16 | 合肥工业大学 | 一种SiO2/Ag复合微米球及其制备方法 |
| CN103350000A (zh) * | 2013-07-22 | 2013-10-16 | 蚌埠学院 | 具有核/壳结构的金属-有机骨架/SiO2复合纳米材料及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| JIE CHEN ET AL: "Nanogap Engineered Plasmon-Enhancement in Photocatalytic Solar Hydrogen Conversion", 《ADVANCED MATERIALS INTERFACES》 * |
| 刘明华等: "《水处理化学品》", 30 September 2009, 化学工业出版社 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108101010A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-06-01 | 南京理工大学 | 石墨相氮化碳量子点的制备方法 |
| CN108714431A (zh) * | 2018-03-22 | 2018-10-30 | 中南林业科技大学 | 一种纳米纤维素增强复合光催化剂及其制备方法和应用 |
| CN108714431B (zh) * | 2018-03-22 | 2021-03-16 | 中南林业科技大学 | 一种纳米纤维素增强复合光催化剂及其制备方法和应用 |
| CN109023926A (zh) * | 2018-07-05 | 2018-12-18 | 盐城工学院 | 一种负载Ag6Si2O7/g-C3N4自清洁纺织品及其制备方法 |
| CN109023926B (zh) * | 2018-07-05 | 2020-09-15 | 盐城工学院 | 一种负载Ag6Si2O7/g-C3N4自清洁纺织品及其制备方法 |
| CN112156805A (zh) * | 2020-10-19 | 2021-01-01 | 西安工程大学 | 用废棉制备掺银软碳-氮化碳-TiO2复合材料的方法 |
| CN112156805B (zh) * | 2020-10-19 | 2022-12-09 | 西安工程大学 | 用废棉制备掺银软碳-氮化碳-TiO2复合材料的方法 |
| CN113020591A (zh) * | 2021-03-04 | 2021-06-25 | 沈阳大学 | 通过蠕动泵定量且匀速的加入四乙氧基硅烷制备不同壳层厚度的银-二氧化硅核壳纳米颗粒 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105536841B (zh) | 2017-10-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105536841A (zh) | AgSiO2核壳结构修饰改性g-C3N4光催化纤维制备方法 | |
| CN103316714B (zh) | 一种光催化分解水制氢用催化剂及其制备方法 | |
| CN101791565B (zh) | 一种TiO2@石墨相氮化碳异质结复合光催化剂及其制备方法 | |
| CN107899590B (zh) | 金属Ag纳米颗粒沉积NiCo-LDH复合光催化剂的制备及其应用 | |
| CN105158229B (zh) | 一种高灵敏性可循环表面增强拉曼光谱基底制备方法 | |
| CN105664979B (zh) | 一种纳米介孔微球状Ln-Bi5O7I光催化剂及其制备方法 | |
| CN109126881A (zh) | 一种负载光催化剂的微纳复合纤维材料及其制备方法 | |
| CN104785280B (zh) | 一种片状二氧化钛/溴氧化铋复合光催化剂及其制备方法 | |
| CN105709782B (zh) | 一种Ag/AgBr/BiOCl‐(001)纳米复合材料的制备及应用 | |
| CN101411995B (zh) | 具有可见光催化活性的AgBr/PANI/TiO2纳米复合材料的制备方法 | |
| Wang et al. | Fabrication and enhanced visible-light photocatalytic activity of Pt-deposited TiO2 hollow nanospheres | |
| CN113731395B (zh) | 一种富含氧空位的锡酸锌光催化剂、制备方法及应用 | |
| CN101817562A (zh) | 碳糖微球模板法制备空心球形貌α-Fe2O3的方法 | |
| CN105944741A (zh) | 一种GO/Ag3PO4/AgBr三元复合光催化剂及其制备方法 | |
| CN107008259A (zh) | 核壳结构纳米金团簇‑二氧化钛复合型催化剂 | |
| CN105771986B (zh) | Au修饰TiO2/WO3异质结纳米纤维光催化剂、制备方法及应用 | |
| CN102008959A (zh) | 具有高光催化活性的纳米银负载三氧化钨的制备方法 | |
| CN106268902A (zh) | 一种g‑C3N4量子点、Ag量子点敏化BiVO4光催化剂的制备方法 | |
| CN102389788A (zh) | 一种多孔二氧化钛-碳复合纳米空心微球的制备方法 | |
| CN105478153B (zh) | 一种CeVO4/Ag/g‑C3N4复合光催化剂及其制备方法 | |
| CN101244381B (zh) | TiO2-Al2O3复合纳米粉体材料的制备方法 | |
| Yue et al. | A facile synthesis method of TiO2@ SiO2 porous core shell structure for photocatalytic hydrogen evolution | |
| CN104841467A (zh) | 一种介孔碳酸银纳米棒可见光催化剂及其制备方法 | |
| Li et al. | In situ construction of oxygen deficient MoO3-x nanosheets/porous graphitic carbon nitride for enhanced photothermal-photocatalytic hydrogen evolution | |
| CN108033485A (zh) | 一种一步法合成TiO2微球高效制氢和降解污染物的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20171024 Termination date: 20181208 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |