納米銀/氯化銀可見光光催化材料及其製備方法

2023-05-24 23:37:46

專利名稱：納米銀/氯化銀可見光光催化材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種應用於分解水制氫或分解空氣和水中汙染物的光催化材料及其製備方 法，屬於光催化材料技術領域。
背景技術：
隨著資源過度開發利用和環境汙染的加重，人類可用資源越來越短缺，生活環境受到越 來越嚴重的破壞，能源和環境問題成為當今世界關注的兩大主要問題。目前世界能源主要依 賴不可再生的化石資源，我國能源總消耗的90%以上為不可再生的化石能源；如何來解決當
前能源危機？太陽能資源豐富， 一年到達地球總量為5.5xl026J，為現在全球一年能源消耗 的一萬倍；如果能製備出高效的光催化材料，利用太陽能製備氫氣來緩解能源危機將有重大 的實用意義；工業和家用廢氣及廢水中時常含有較多有機汙染物，這類富營養化的廢水及廢 氣會給生態環境帶來嚴重地破壞。隨著國際環境標準(ISO 14001, October 1996)要求日益嚴 格化，有機汙染的治理技術也得到快速發展。近年來光催化在能源開發和環境保護中的應用 日益受到人們的重視。
光催化材料一直是科學研究的熱點之一。上世紀七十年代初，日本東京大學Fujishima 和Honda研究發現，利用二氧化鈦單晶光催化反應使水分解成氫和氧。此後，各國學者圍繞二 氧化鈦光催化材料進行了廣泛的研究。光催化的原理可用半導體的能帶理論來解釋當用能 量等於或高於半導體材料的禁帶寬度的光照射時，價帶電子受激發躍遷至導帶，同時在價帶 上產生相應的空穴，形成電子空穴對；光生電子、空穴在內部電場作用下分離並遷移到材料 表面，發生氧化還原反應。光催化反應是在光誘導下的物理化學過程，能夠實現光分解水制 氫和淨化空氣和水的作用。
要實現光催化分解水制氫或分解空氣和水中的汙染物，光催化材料必須滿足兩個條件 首先，其禁帶寬度要大於水或者汙染物的分解電壓，其次價帶位置應比02川20的電位更正， 而導帶的位置應比H7H2更負。傳統光催化材料滿足上述兩個條件，但是其能帶帶隙大於3.0 eV,所以只能利用太陽光中紫外光。然而，紫外光的能量僅佔太陽能的4%，而可見光則佔43%。
當前，人們所應用的主要光催化材料為具有特定晶形的二氧化鈦，簡稱P25。其已被廣 泛應用於淨化空氣。由於其能帶較高，—對太陽光能量的利用率太低，因此各國都在致力與尋 找高效的可見光光催化劑。
基於二氧化鈦的改性光催化材料能有效地擴展可見光的吸收範圍，但陽離子的改性顯著 降低光量子轉換效率，陰離子的改性(N或C)在光照下容易光分解，具有不穩定性。
氯化銀作為一種光敏材料，對光有很好的響應，但是其能帶比較高，只能吸收紫外光而 且在光照下不穩定，因此氯化銀不能單獨用做可見光光催化劑。

發明內容
本發明針對目前通用的光催化材料P25存在的對太陽能的利用率低、反覆使用過程中難 以分離等問題，提供一種光催化活性高、易分離，對太陽能利用高的納米銀/氯化銀可見光光 催化材料，並提供一種該催化材料的製備方法。
本發明的納米銀/氯化銀可見光光催化材料由納米銀和氯化銀構成，化學式是Ag/AgCl，納米銀顆粒負載在氯化銀的表面。納米銀顆粒佔總重量的18%-36%。
上述納米銀/氯化銀可見光光催化材料的製備方法，包括以下步驟
(1) 製備鉬酸銀，採用固相燒結的方法合成鉬酸銀，按摩爾比l: l的比例取氧化鉬和氧
化銀，混合、壓片後燒結，在300'C-500'C溫度下，燒結5小時-8小時，燒結物即為鉬酸銀;
(2) 製備氯化銀按lg鉬酸銀與20ml濃鹽酸的比例將兩者混合後放入高壓釜中，加熱 到150'C-220'C，並在此溫度下放置48小時-72小時，使其發生充分的離子交換，所得沉澱 物先用濃硝酸衝洗3-5次，再用去離子水衝洗直到p^7,所得產物即為氯化銀；
(3) 製備納米銀/氯化銀光催化劑將步驟(2)所制的氯化銀，按0.1g"0.2g氯化銀與 10ml硝酸銀水溶液的比例將兩者混合，硝酸銀水溶液的濃度為0.025mol/l-0.05mo1/1，攪拌 10分鐘-20分鐘後，加入穀氨酸，穀氨酸與氯化銀的重量比為0.3-0.6:1，在水浴70'C下回 流3小時-5小時，即得納米銀/氯化銀光催化劑。
本發明針對氯化銀的缺點，把納米銀顆粒負載在氯化銀的表面，利用納米銀顆粒的等離 子體效應，有效地抑制了氯化銀分解，保證了其在光照下的穩定性，並將其吸收波段拓展到 了可見光，能夠更有效的利用太陽光的能量。銀顆粒導電性好，利於電子的傳出，從而保證 了體系的穩定性。
具體實施例方式
實施例l
(1) 製備鉬酸銀按摩爾比l: 1的比例取氧化鉬2.86g,氧化銀4.63g,混合、壓片後 燒結，在300'C溫度下，燒結8小時，燒結物即為鉬酸銀；
(2) 製備氯化銀取5g鉬酸銀和100ml濃鹽酸混合後放入高壓釜中加熱到150'C並放置 72小時使其能發生充分的離子交換，所得沉澱物先用濃硝酸衝洗5次，再用去離子水衝洗數 遍直到pH-7，所得產物即為氯化銀。
(3) 製備納米銀/氯化銀光催化劑取0.2g第(2)步所制的氯化銀放入10ml濃度為 0.05mol/l的硝酸銀溶液中，加入0.06g穀氨酸，在水浴70'C下回流3個小時，即得納米銀/ 氯化銀光催化劑。
實施例2
(1)製備鉬酸銀按摩爾比l: 1的比例取氧化鉬2.86g,氧化銀4,63g，混合、壓片後 燒結。在400'C溫度下，燒結7小時，燒結物即為鉬酸銀；
(2)製備氯化銀首先用固相燒結的方法合成鉬酸銀，取5g鉬酸銀和100ml濃鹽酸混 合後放入高壓釜中加熱到170'C,放置72天使其能發生充分的離子交換，所得沉澱先用濃硝 酸衝洗5次，再用去離子水衝洗數遍直到pl^7,所得產物即為氯化銀。
(3)製備納米銀/氯化銀光催化劑取0.2g第(2)步所制的氯化銀放入10ml濃度為 0.05mol/l的硝酸銀溶液中，加入O. 12g穀氨酸，在水浴70 'C回流4個小時，即得納米銀/ 氯化銀光催化劑。
實施例3
(1)製備鉬酸銀按摩爾比l: 1的比例取氧化鉬2.86g，氧化銀4.63g,混合、壓片後 燒結。在450'C溫度下，燒結6小時，燒結物即為鉬酸銀；
(2)製備氯化銀首先用固相燒結的方法合成鉬酸銀，取5g鉬酸銀和100ml濃鹽酸混合後放入高壓釜中加熱到19(TC,放置60小時使其能發生充分的離子交換，所得沉澱先用濃 硝酸衝洗4次，再用去離子水衝洗數遍直到pH=7,所得產物即為氯化銀。(3)製備納米銀/氯化銀光催化劑取0. lg第(2)步所制的氯化銀放入10 ml濃度為 0.025mol/l的硝酸銀溶液中，加入0.05g穀氨酸，在水浴70 'C回流4個小時，即得納米銀/ 氯化銀光催化劑。實施例4(1) 製備鉬酸銀，採用固相燒結的方法合成鉬酸銀。取氧化鉬2.86g，氧化銀4.63g，混 合、壓片後燒結。在500'C溫度下，燒結5小時，燒結物即為鉬酸銀；(2) 製備氯化銀首先用固相燒結的方法合成鉬酸銀，取2. 5g鉬酸銀和50ml濃鹽酸混 合後放入高壓釜中加熱到220'C，放置48小時使其能發生充分的離子交換，所得沉澱先用濃 硝酸衝洗3次，再用去離子水衝洗數遍直到pH-7，所得產物即為氯化銀。(3) 製備納米銀/氯化銀光催化劑取0.15g第(2)步所制的氯化銀放入10ml濃度為 0.025mol/l的硝酸銀溶液中，加入0.06g穀氨酸，在水浴70 'C回流5個小時，即得納米銀/ 氯化銀光催化劑。上述各實施例所製得的納米銀/氯化銀光催化劑可用於光解水、分解有機物及殺菌，其效 果遠好於當前普遍使用的光催化材料P25。
權利要求
1. 一種納米銀/氯化銀可見光光催化材料，其特徵在於，由納米銀和氯化銀構成，化學式是Ag/AgCl，納米銀顆粒負載在氯化銀的表面。
2. 根據根據權利要求1所述的納米銀/氯化銀可見光光催化材料，其特徵在於，所述納米銀 顆粒佔總重量的18%-36%。
3. —種權利要求1所述納米銀/氯化銀可見光光催化材料的製備方法，其特徵在於，包括以 下步驟(1) 製備鉬酸銀，採用固相燒結的方法合成鉬酸銀，按摩爾比l: l的比例取氧化鉬和氧 化銀，混合、壓片後燒結，在300'C-500'C溫度下，燒結5小時-8小時，燒結物即為鉬酸銀;(2) 製備氯化銀按lg鉬酸銀與20ml濃鹽酸的比例將兩者混合後放入高壓釜中，加熱 到150'C-220'C,並在此溫度下放置48小時-72小時，使其發生充分的離子交換，所得沉澱 物先用濃硝酸衝洗3-5次，再用去離子水衝洗直到pH=7，所得產物即為氯化銀；(3)製備納米銀/氯化銀光催化劑將步驟(2)所制的氯化銀，按0. lg^O. 2g氯化銀 與10ml硝酸銀水溶液的比例將兩者混合，硝酸銀水溶液的濃度為0.025mol/l-0.05mol/l， 攪拌10分鐘-20分鐘後，加入穀氨酸，穀氨酸與氯化銀的重量比為0.3-0.6:1,在水浴70'C 下回流3小時-5小時，即得納米銀/氯化銀光催化劑。
全文摘要
本發明提供了一種納米銀/氯化銀可見光光催化材料，由納米銀和氯化銀構成，化學式是Ag/AgCl，納米銀顆粒負載在氯化銀的表面，納米銀顆粒佔總重量的18％-36％。其製備方法包括以下步驟(1)採用固相燒結的方法合成鉬酸銀，取氧化鉬和氧化銀混合、壓片後燒結，燒結物即為鉬酸銀；(2)按1g鉬酸銀與20ml濃鹽酸的比例將兩者混合後放入高壓釜中，加熱到150℃-220℃並放置48小時-72小時，所得沉澱物衝洗到pH＝7，得到氯化銀；(3)將步驟(2)所制的氯化銀與硝酸銀水溶液混合，攪拌，加入穀氨酸，在水浴70℃下回流即得納米銀/氯化銀光催化劑。本發明利用納米銀顆粒的等離子體效應，有效地抑制了氯化銀分解，能夠更有效的利用太陽光的能量。
文檔編號B01J23/50GK101279275SQ200810016609
公開日2008年10月8日 申請日期2008年5月26日 優先權日2008年5月26日
發明者張曉陽, 朋 王, 秦曉燕, 黃柏標 申請人:山東大學