AgI‑Ag3PO4/OV‑TiO2复合光催化剂及其制备方法与流程

技术领域

本发明属于材料学领域，涉及一种催化剂，具体来说是AgI-Ag₃PO₄/OV-TiO₂复合光催化剂及其制备方法。

背景技术：

磷酸银/氧空穴型二氧化钛(Ag₃PO₄/OV-TiO₂)复合光催化剂是一种在可见光照射下具有光催化活性的光催化剂，但其光催化稳定性较差，限制了它的实际应用。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了AgI-Ag₃PO₄/OV-TiO₂复合光催化剂及其制备方法，所述的这种复合光催化剂及其制备方法要解决现有技术中的磷酸银/氧空穴型二氧化钛(Ag₃PO₄/OV-TiO₂)复合光催化剂的光催化稳定性较差的技术问题。

本发明提供了AgI-Ag₃PO₄/OV-TiO₂复合光催化剂，所述的AgI、Ag₃PO₄和OV-TiO₂的摩尔比为1×10^-3 ~ 2×10^-1:1: 1~5。

本发明还提供了AgI-Ag₃PO₄/OV-TiO₂复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

1）一个制备氧空穴型二氧化钛的步骤，将二氧化钛加入到一个反应容器中，加入三氟甲苯和苯甲醇，利用波长为365nm的紫外光照射6~10小时，所述的二氧化钛、三氟甲苯和苯甲醇的物料比为1kg：50~70L：7~9mol，反应结束后用无水乙醇和去离子水洗涤，然后将固体样品真空干燥，再研磨成粉末得到氧空穴型二氧化钛；

2）一个制备Ag₃PO₄/OV-TiO₂复合光催化剂的步骤，称取氧空穴型二氧化钛，溶解于无水乙醇中，再加入AgNO₃，所述的氧空穴型二氧化钛和AgNO₃的摩尔比为1：1~5，在避光条件下磁力搅拌40~80分钟后，在持续搅拌下把含有Na₂HPO₃·12H₂O的水溶液加入，所述的氧空穴型二氧化钛和Na₂HPO₃·12H₂O的摩尔比为1:1~5，搅拌3~8小时，然后抽滤，采用无水乙醇洗涤，再将固体真空干燥，得Ag₃PO₄/OV-TiO₂复合光催化剂；

3）将上述制备好的Ag₃PO₄/OV-TiO₂复合催化剂溶于乙醇溶液中，超声搅拌3~10分钟后，在磁力搅拌器上持续搅拌0.03~1小时，然后将NaI溶液加入到上述溶液中，所述的Ag₃PO₄/OV-TiO₂复合催化剂和NaI溶液的摩尔比为1: 1×10^-3 ~ 2×10^-1；反应完全后避光搅拌1~3小时，然后减压抽滤、洗涤后真空干燥，得到AgI-Ag₃PO₄/OV-TiO₂复合光催化剂。

本发明采用了一种简单的沉淀法，成功地制备出AgI-Ag₃PO₄/OV-TiO₂复合光催化剂，所制备的复合光催化剂光催化降解有机污染物罗丹明B的反应活性较高，在可见光下光催化活性比纯Ag₃PO₄高出两倍，而且显著降低了贵金属银的使用量，对无色有机污染物苯酚的降解同样有效。

本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明在磷酸银/氧空穴型二氧化钛(Ag₃PO₄/OV-TiO₂)复合光催化剂的基础之上，合成出了一种稳定性较高的高活性碘化银-磷酸银/氧缺陷型二氧化钛(AgI-Ag₃PO₄/OV-TiO₂)复合光催化剂。本发明的制备方法简单，且产品的光催化活性高、稳定性好，不需要复杂昂贵的设备、合成条件温和。有利于大规模的推广，可用于染料、苯酚等有机污染物的治理。

附图说明

图1是本发明的AgI-Ag₃PO₄/OV-TiO₂（1:5）复合光催化剂的X射线衍射（XRD）图。

图2是本发明的AgI-Ag₃PO₄/OV-TiO₂（1:5）复合光催化剂的场发射透射电镜图。

图3是本发明的AgI-Ag₃PO₄/OV-TiO₂（1:5）、（1:1）复合光催化剂作为光催化剂利用可见光（波长大于420nm）光降解带色染料罗丹明B的活性情况。

图4是染料罗丹明B溶液降解过程中的颜色变化。

图5是本发明的AgI-Ag₃PO₄/OV-TiO₂（1:5）复合光催化剂作为光催化剂利用可见光（波长大于420nm）重复三次光降解带色染料罗丹明B的稳定性情况。

图6是本发明的AgI-Ag₃PO₄/OV-TiO₂（1:5）合光催化剂作为光催化剂利用可见光（波长大于420nm）光降解无色苯酚的活性情况。

具体实施方式

实施例1

材料的制备步骤如下：将P25二氧化钛1g移入100ml烧杯中，加入60ml三氟甲苯和8mmol苯甲醇，利用波长为365nm的紫外光照射8小时。用无水乙醇和去离子水反复洗涤后的固体样品真空干燥，之后研磨成粉末得到氧空穴型二氧化钛（OV-TiO₂）。

称取0.4g OV-TiO₂ 粉末溶于180ml无水乙醇再加入1.019g AgNO₃在避光条件下磁力搅拌60分钟后，在持续搅拌下把含有0.358g Na₂HPO₃·12H₂O的20ml水溶液逐滴加入，滴加速度在1滴/秒，滴加完成后再搅拌5小时后，抽滤、无水乙醇反复洗涤的固体在真空干燥箱60度干燥，得较高光催化活性的Ag₃PO₄/OV-TiO₂(1:5)复合光催化剂。{同时称取0.08g OV-TiO₂粉末按上述步骤，得较高光催化活性的Ag₃PO₄/OV-TiO₂(1:1)复合光催化剂。}

将上述制备好的Ag₃PO₄/OV-TiO₂（1:5）复合催化剂取0.25g 溶于20ml的乙醇溶液中，超声搅拌5分钟后在磁力搅拌器上持续搅拌0.5小时，称取0.006gNaI溶于1ml去离子水中然后逐滴加入到上述溶液，滴加完毕后避光搅拌2小时后减压抽滤洗涤后真空干燥， 得到AgI-Ag₃PO₄/OV-TiO₂(1:5)复合光催化剂。所述的AgI-Ag₃PO₄/OV-TiO₂(1:5)复合光催化剂的X射线衍射（XRD）图如图1所示，场发射透射电镜图如图2所示。{同时取0.25g Ag₃PO₄/OV-TiO₂(1:1)复合光催化剂按上述步骤制备，得到AgI-Ag₃PO₄/OV-TiO₂(1:1)复合光催化剂。}

实施例2

将得到的AgI-Ag₃PO₄/OV-TiO₂（1:1）、（1:5）复合可见光催化剂进行罗丹明B光催化降解。分别称取0.1g AgI-Ag₃PO₄/OV-TiO₂（1:1）、（1:5）复合光催化剂粉末加入100 mL 罗丹明B溶液(20 mg/L)中，避光搅拌60 min，使罗丹明B溶液在催化剂表面达到吸附/脱附平衡。然后开启光源进行光催化反应，反应一定时间取4 mL反应液，经高速离心的上清液，利用岛津UV2550分光光度计检测。根据溶液554nm处吸光度的变化来确定溶液中罗丹明B的浓度变化。光源利用300W 氙灯，使用滤光片使入射光为可见光（420nm<λ<800nm）。 利用10cm高的水层滤掉光源中的红外线，防止反应液温度升高，使光降解反应温度稳定在室温状态。罗丹明B溶液降解过程中颜色发生明显变化，如图3所示。

实施例3

罗丹明B的降解情况如图4所示，单纯的Ag₃PO₄作为光催化剂时罗丹明B在光照26 min后基本完全降解, Ag₃PO₄/OV-TiO₂（1:1）、（1:5）复合材料为光催化剂，罗丹明B在光照16 min后基本完全降解，AgI-Ag₃PO₄/OV-TiO₂（1:1）、（1:5）复合材料为光催化剂，罗丹明B在光照5 min左右后基本完全降解表明AgI-Ag₃PO₄/OV-TiO₂复合光催化剂具有更高效的可见光光催化性能。

实施例4

重复降解罗丹明B三次如图5所示，Ag₃PO₄/OV-TiO₂复合材料为光催化剂时，重复三次后活性降低最快，当Ag₃PO₄作为光催化剂时次之，而AgI-Ag₃PO₄/OV-TiO₂复合材料为光催化剂时，重复三次降解罗丹明B后仍然具有较好的光催化活性。

实施例5

所制备的复合光催化剂也具有降解苯酚的能力。如图6所示，单纯的Ag₃PO₄作为光催化剂时苯酚在光照200min后降解到40%以下，Ag₃PO₄/OV-TiO₂(1:5)复合材料为光催化剂，苯酚在光照120min左右后降解到35%，而AgI-Ag₃PO₄/OV-TiO₂（1:5）复合材料为光催化剂时，苯酚在光照60min后就可以降解到30%。