CN108080032A - 磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂的制备方法 - Google Patents
磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂的制备方法，属于无机材料制备技术领域，以磷酸银/多酸复合物为核，以聚吡咯为壳层，无需添加引发剂，利用表面原位聚合制备了具备核壳结构的纳米复合材料。本发明利用将多酸和聚吡咯引入磷酸银的结构中，加强了对有机污染物和光的吸附，加强了光催化效果；本发明不引入氧化剂所引起的吡咯聚合，所形成的核壳结构提高了二者的有效接触面积；本发明制备方法简便，成本低，对环境无害，可在常温下处理，适于大规模工业化生产，应用前景广泛；所制备的磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂性能优异，多酸和聚吡咯在磷酸银表面的充分接触也对磷酸银的结构起到了有效地保护作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂的制备方法，属于无机材料制备技术领域。
背景技术
如今，水体污染已经对人类的生活和健康产生了严重威胁。世界各国都在加紧出台相关的政策和法规，加强对水体的保护。同时解决水体污染也成为目前各国关注的重点和研究的热点。在众多的水体处理方法中，利用太阳光或可见光的半导体光催化剂引起了人们广泛的关注。但是，目前大多数的光催化剂对于太阳光的吸收弱，严重限制了其应用。因此，制备出在太阳光下具有高效催化效果的光催化剂已经成为目前科学研究和实际应用领域的研究热点和难点。
磷酸银是一种优异的光催化剂，在可见光下对有机污染物的降解效果明显。但是只在可见光下的应用限制了其在太阳光条件下的使用，击打了限制了其实际应用。而且，磷酸银在可见光下容易导致光腐蚀，表面会形成具有化学惰性的银颗粒，使其催化性能降低。因此，人们采用将磷酸银与其他半导体材料进行复合的方法来提高催化活性和结构的稳定性。例如，发明专利(201510159088.6)报道了一种磷酸银/还原石墨烯/二氧化钛纳米复合材料及制备方法；发明专利(201510930469.X)报道了一种MIL-100(Fe)复合磷酸银光催化剂及其制备方法；发明专利(201710201103.8)报道了一种磷酸银负载磷酸锌光催化剂的制备方法；发明专利(201210065515.0)报道了一种负载型磷酸银/多聚磷酸银/氯化银复合水处理光催化剂及其制备方法等。
虽然磷酸银基复合材料会提高光催化性能和增加结构的稳定性，但是与复合的材料间的接触并不充分，只有在二者接触的界面处才能起到复合材料的协同效应。因此，这种不充分的接触方式不利于减少光催化过程中的光腐蚀，包覆物也难以对核心材料实现有效地保护。聚吡咯为一种导电聚合物，可以提高半导体材料的光催化性能。但是聚吡咯的聚合通常需要加入强氧化剂，使得产物中混入杂质，不利于催化剂的使用。而且，吡咯的使用量大，氧化剂的加入也会进一步增加成本。
发明内容
本发明目的在于提供一种磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂的制备方法，以磷酸银/多酸复合物为核，以聚吡咯为壳层，无需添加引发剂，利用表面原位聚合制备具备核壳结构的纳米复合材料，本发明制备方法工艺流程简单、成本低、可在常温下处理，所制备的磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂得核壳结构可以实现包覆物和被包覆物间最大的接触面积，对核心材料起到保护作用。
本发明所述的磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂的制备方法，以磷酸银/多酸复合物为核，以聚吡咯为壳层，无需添加引发剂，利用表面原位聚合制备了具备核壳结构的纳米复合材料。
具体包括以下步骤：
(1)首先将硝酸银与多酸分散于水中，常温搅拌10-60分钟，得溶液A；
(2)向溶液A中投入磷酸盐后产生沉淀，常温搅拌10-180分钟，得悬浮液B；
(3)向悬浮液B中投入吡咯单体，常温搅拌反应30-130分钟，得悬浮液C；
(4)将悬浮液C用洗涤剂洗涤1-3次，干燥后得成品。
其中：
多酸为磷钨酸及其盐、硅钨酸及其盐、磷钼酸及其盐中的一种或多种复配。
步骤(1)中硝酸银、多酸、水的质量比为1：(0.01-0.25)：(10-100)，作为优选，硝酸银、多酸、水的质量比为1：(0.05-0.20)：(20-80)。
步骤(2)中磷酸盐为磷酸钠、磷酸钾、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸氢二钠中的一种或多种复配。
步骤(1)中硝酸银与步骤(2)中磷酸盐的质量比为1：(0.25-1.25)，作为优选，步骤(1)中硝酸银与步骤(2)中磷酸盐的质量比为1：(0.30-1.10)。
步骤(1)中硝酸银与步骤(3)中吡咯单体的质量比为1：(0.1-1.5)，作为优选，步骤(1)中硝酸银与步骤(3)中吡咯单体的质量比为1：(0.2-1.3)。
步骤(4)中洗涤剂为水或乙醇。
步骤(4)中干燥温度为50-120℃，优选干燥温度为50-120℃，干燥时间为5-15h，优选干燥时间为6-12h。
本发明所制备得磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂具有以下结构：以磷酸银/多酸复配物为核，聚吡咯为壳的核壳结构。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果。
(1)本发明中引入的多酸有效加强了磷酸银对太阳光的吸收，提高了太阳光的利用率，增大了催化剂的比表面积和活性位点数量，提高了磷酸银在水相中的分散稳定性和对有机污染物的吸附量，同时形成的界面电场促进了光生电子对的分离，有效的提高了太阳光下的光催化效果和结构稳定性；
(2)本发明利用将多酸和聚吡咯引入磷酸银的结构中，加强了对有机污染物和光的吸附，加强了太阳光下的催化效果，不引入氧化剂所引起的吡咯聚合，所形成的核壳结构提高了三者的有效接触面积；
(3)本发明制备方法及工艺简便，成本低，对环境无害，可在常温下处理，适于大规模工业化生产，应用前景广泛；
(4)本发明所制备的磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂在太阳光下的性能优异，多酸和聚吡咯在磷酸银表面的充分接触也对磷酸银的结构起到了有效地保护作用。
附图说明
图1、实施例1所制得磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂的XRD图；
图2、实施例1所制得磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂的SEM图；
图3、实施例1所制得磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂对染料分子的降解图。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明做进一步说明。
实施例1-10中降解物采用浓度为5mg/L的亚甲基蓝和罗丹明B混合染料溶液。
实施例1
本实施例所述的磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将0.5g硝酸银和0.05g磷钨酸加入到25mL水中，常温搅拌30分钟，得溶液A；
(2)将0.4g磷酸氢二钠加入到溶液A中，继续常温搅拌60分钟，得悬浮液B；
(3)将0.25g吡咯单体加入到悬浮液B中，继续常温搅拌90分钟，得悬浮液C；
(4)将悬浮液C用乙醇洗涤2次，在90℃干燥10h，得磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂。
由图1可知，产物的主相为磷酸银。
由图2可知，磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂表面粗糙，包覆有聚吡咯。
由图3对罗丹明B和罗丹明B混合染料溶液的降解可知，所制得磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂可以明显提高对染料的降解效率，在15分钟已经降解完全。
实施例2
如实施例1所述，所不同的是步骤(1)中加入0.05g磷钼酸铵，得到磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂。在15分钟的降解效率达100％。
实施例3
如实施例1所述，所不同的是步骤(2)中加入0.4g磷酸氢二钾，得到磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂。在15分钟的降解效率达100％。
实施例4
如实施例1所述，所不同的是步骤(1)中加入0.12g磷钨酸，得到磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂。在15分钟的降解效率达92％。
实施例5
如实施例1所述，所不同的是步骤(1)中加入0.005g磷钨酸，得到磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂。在15分钟的降解效率达90％。
实施例6
如实施例1所述，所不同的是步骤(2)中加入0.125g磷酸氢二钠，得到磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂。在15分钟的降解效率达93％。
实施例7
如实施例1所述，所不同的是步骤(2)中加入0.6g磷酸氢二钠，得到磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂。在15分钟的降解效率达98％。
实施例8
如实施例1所述，所不同的是步骤(2)中加入0.05g吡咯单体，得到磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂。在15分钟的降解效率达100％。
实施例9
如实施例1所述，所不同的是步骤(2)加入0.75g吡咯单体，得到磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂。在15分钟的降解效率达90％。
实施例10
如实施例1所述，所不同的是将所得产物用水洗涤3次，在120℃干燥15h，得到磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂。在15分钟的降解效率达100％。
Claims (10)
1.一种磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂的制备方法，其特征在于：以磷酸银/多酸复合物为核，以聚吡咯为壳层，无需添加引发剂，利用表面原位聚合制备了具备核壳结构的纳米复合材料。
2.根据权利要求1所述的磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
(1)首先将硝酸银与多酸分散于水中，常温搅拌10-60分钟，得溶液A；
(2)向溶液A中投入磷酸盐后产生沉淀，常温搅拌10-180分钟，得悬浮液B；
(3)向悬浮液B中投入吡咯单体，常温搅拌反应30-130分钟，得悬浮液C；
(4)将悬浮液C用洗涤剂洗涤1-3次，干燥后得成品。
3.根据权利要求2所述的磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂的制备方法，其特征
在于：多酸为磷钨酸及其盐、硅钨酸及其盐、磷钼酸及其盐中的一种或多种复配。
4.根据权利要求2所述的磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中硝酸银、多酸、水的质量比为1：(0.01-0.25)：(10-100)。
5.根据权利要求2所述的磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中磷酸盐为磷酸钠、磷酸钾、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸氢二钠中的一种或多种复配。
6.根据权利要求2所述的磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中硝酸银与步骤(2)中磷酸盐的质量比为1：(0.25-1.25)。
7.根据权利要求2所述的磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中硝酸银与步骤(3)中吡咯单体的质量比为1：(0.1-1.5)。
8.根据权利要求2所述的磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(4)中洗涤剂为水或乙醇。
9.根据权利要求2所述的磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(4)中干燥温度为50-120℃，干燥时间为5-15h。
10.根据权利要求1-9任一所述的磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂的制备方法，其特征在于：所制备得磷酸银/多酸@聚吡咯核壳光催化剂具有以下结构：以磷酸银/多酸复配物为核，聚吡咯为壳的核壳结构。
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