AgI‑Ag3PO4/OV‑TiO2複合光催化劑及其製備方法與流程
2023-12-09 02:58:21 1
技術領域
本發明屬於材料學領域，涉及一種催化劑，具體來說是AgI-Ag3PO4/OV-TiO2複合光催化劑及其製備方法。
背景技術：
磷酸銀/氧空穴型二氧化鈦(Ag3PO4/OV-TiO2)複合光催化劑是一種在可見光照射下具有光催化活性的光催化劑，但其光催化穩定性較差，限制了它的實際應用。
技術實現要素：
針對現有技術中的上述技術問題，本發明提供了AgI-Ag3PO4/OV-TiO2複合光催化劑及其製備方法，所述的這種複合光催化劑及其製備方法要解決現有技術中的磷酸銀/氧空穴型二氧化鈦(Ag3PO4/OV-TiO2)複合光催化劑的光催化穩定性較差的技術問題。
本發明提供了AgI-Ag3PO4/OV-TiO2複合光催化劑，所述的AgI、Ag3PO4和OV-TiO2的摩爾比為1×10-3 ~ 2×10-1:1: 1~5。
本發明還提供了AgI-Ag3PO4/OV-TiO2複合光催化劑的製備方法，包括如下步驟：
1）一個製備氧空穴型二氧化鈦的步驟，將二氧化鈦加入到一個反應容器中，加入三氟甲苯和苯甲醇，利用波長為365nm的紫外光照射6~10小時，所述的二氧化鈦、三氟甲苯和苯甲醇的物料比為1kg：50~70L：7~9mol，反應結束後用無水乙醇和去離子水洗滌，然後將固體樣品真空乾燥，再研磨成粉末得到氧空穴型二氧化鈦；
2）一個製備Ag3PO4/OV-TiO2複合光催化劑的步驟，稱取氧空穴型二氧化鈦，溶解於無水乙醇中，再加入AgNO3，所述的氧空穴型二氧化鈦和AgNO3的摩爾比為1：1~5，在避光條件下磁力攪拌40~80分鐘後，在持續攪拌下把含有Na2HPO3·12H2O的水溶液加入，所述的氧空穴型二氧化鈦和Na2HPO3·12H2O的摩爾比為1:1~5，攪拌3~8小時，然後抽濾，採用無水乙醇洗滌，再將固體真空乾燥，得Ag3PO4/OV-TiO2複合光催化劑；
3）將上述製備好的Ag3PO4/OV-TiO2複合催化劑溶於乙醇溶液中，超聲攪拌3~10分鐘後，在磁力攪拌器上持續攪拌0.03~1小時，然後將NaI溶液加入到上述溶液中，所述的Ag3PO4/OV-TiO2複合催化劑和NaI溶液的摩爾比為1: 1×10-3 ~ 2×10-1；反應完全後避光攪拌1~3小時，然後減壓抽濾、洗滌後真空乾燥，得到AgI-Ag3PO4/OV-TiO2複合光催化劑。
本發明採用了一種簡單的沉澱法，成功地製備出AgI-Ag3PO4/OV-TiO2複合光催化劑，所製備的複合光催化劑光催化降解有機汙染物羅丹明B的反應活性較高，在可見光下光催化活性比純Ag3PO4高出兩倍，而且顯著降低了貴金屬銀的使用量，對無色有機汙染物苯酚的降解同樣有效。
本發明和已有技術相比，其技術進步是顯著的。本發明在磷酸銀/氧空穴型二氧化鈦(Ag3PO4/OV-TiO2)複合光催化劑的基礎之上，合成出了一種穩定性較高的高活性碘化銀-磷酸銀/氧缺陷型二氧化鈦(AgI-Ag3PO4/OV-TiO2)複合光催化劑。本發明的製備方法簡單，且產品的光催化活性高、穩定性好，不需要複雜昂貴的設備、合成條件溫和。有利於大規模的推廣，可用於染料、苯酚等有機汙染物的治理。
附圖說明
圖1是本發明的AgI-Ag3PO4/OV-TiO2（1:5）複合光催化劑的X射線衍射（XRD）圖。
圖2是本發明的AgI-Ag3PO4/OV-TiO2（1:5）複合光催化劑的場發射透射電鏡圖。
圖3是本發明的AgI-Ag3PO4/OV-TiO2（1:5）、（1:1）複合光催化劑作為光催化劑利用可見光（波長大於420nm）光降解帶色染料羅丹明B的活性情況。
圖4是染料羅丹明B溶液降解過程中的顏色變化。
圖5是本發明的AgI-Ag3PO4/OV-TiO2（1:5）複合光催化劑作為光催化劑利用可見光（波長大於420nm）重複三次光降解帶色染料羅丹明B的穩定性情況。
圖6是本發明的AgI-Ag3PO4/OV-TiO2（1:5）合光催化劑作為光催化劑利用可見光（波長大於420nm）光降解無色苯酚的活性情況。
具體實施方式
實施例1
材料的製備步驟如下：將P25二氧化鈦1g移入100ml燒杯中，加入60ml三氟甲苯和8mmol苯甲醇，利用波長為365nm的紫外光照射8小時。用無水乙醇和去離子水反覆洗滌後的固體樣品真空乾燥，之後研磨成粉末得到氧空穴型二氧化鈦（OV-TiO2）。
稱取0.4g OV-TiO2 粉末溶於180ml無水乙醇再加入1.019g AgNO3在避光條件下磁力攪拌60分鐘後，在持續攪拌下把含有0.358g Na2HPO3·12H2O的20ml水溶液逐滴加入，滴加速度在1滴/秒，滴加完成後再攪拌5小時後，抽濾、無水乙醇反覆洗滌的固體在真空乾燥箱60度乾燥，得較高光催化活性的Ag3PO4/OV-TiO2(1:5)複合光催化劑。{同時稱取0.08g OV-TiO2粉末按上述步驟，得較高光催化活性的Ag3PO4/OV-TiO2(1:1)複合光催化劑。}
將上述製備好的Ag3PO4/OV-TiO2（1:5）複合催化劑取0.25g 溶於20ml的乙醇溶液中，超聲攪拌5分鐘後在磁力攪拌器上持續攪拌0.5小時，稱取0.006gNaI溶於1ml去離子水中然後逐滴加入到上述溶液，滴加完畢後避光攪拌2小時後減壓抽濾洗滌後真空乾燥， 得到AgI-Ag3PO4/OV-TiO2(1:5)複合光催化劑。所述的AgI-Ag3PO4/OV-TiO2(1:5)複合光催化劑的X射線衍射（XRD）圖如圖1所示，場發射透射電鏡圖如圖2所示。{同時取0.25g Ag3PO4/OV-TiO2(1:1)複合光催化劑按上述步驟製備，得到AgI-Ag3PO4/OV-TiO2(1:1)複合光催化劑。}
實施例2
將得到的AgI-Ag3PO4/OV-TiO2（1:1）、（1:5）複合可見光催化劑進行羅丹明B光催化降解。分別稱取0.1g AgI-Ag3PO4/OV-TiO2（1:1）、（1:5）複合光催化劑粉末加入100 mL 羅丹明B溶液(20 mg/L)中，避光攪拌60 min，使羅丹明B溶液在催化劑表面達到吸附/脫附平衡。然後開啟光源進行光催化反應，反應一定時間取4 mL反應液，經高速離心的上清液，利用島津UV2550分光光度計檢測。根據溶液554nm處吸光度的變化來確定溶液中羅丹明B的濃度變化。光源利用300W 氙燈，使用濾光片使入射光為可見光（420nm<λ<800nm）。 利用10cm高的水層濾掉光源中的紅外線，防止反應液溫度升高，使光降解反應溫度穩定在室溫狀態。羅丹明B溶液降解過程中顏色發生明顯變化，如圖3所示。
實施例3
羅丹明B的降解情況如圖4所示，單純的Ag3PO4作為光催化劑時羅丹明B在光照26 min後基本完全降解, Ag3PO4/OV-TiO2（1:1）、（1:5）複合材料為光催化劑，羅丹明B在光照16 min後基本完全降解，AgI-Ag3PO4/OV-TiO2（1:1）、（1:5）複合材料為光催化劑，羅丹明B在光照5 min左右後基本完全降解表明AgI-Ag3PO4/OV-TiO2複合光催化劑具有更高效的可見光光催化性能。
實施例4
重複降解羅丹明B三次如圖5所示，Ag3PO4/OV-TiO2複合材料為光催化劑時，重複三次後活性降低最快，當Ag3PO4作為光催化劑時次之，而AgI-Ag3PO4/OV-TiO2複合材料為光催化劑時，重複三次降解羅丹明B後仍然具有較好的光催化活性。
實施例5
所製備的複合光催化劑也具有降解苯酚的能力。如圖6所示，單純的Ag3PO4作為光催化劑時苯酚在光照200min後降解到40%以下，Ag3PO4/OV-TiO2(1:5)複合材料為光催化劑，苯酚在光照120min左右後降解到35%，而AgI-Ag3PO4/OV-TiO2（1:5）複合材料為光催化劑時，苯酚在光照60min後就可以降解到30%。