一种磷酸银/溴化银复合光催化剂的制备方法与流程

本发明涉及一种磷酸银/溴化银复合光催化剂的制备方法，具体涉及一种以Ag₃PO₄和NaBr为原料，利用机械化学法在常温下通过控制反应物摩尔比、球磨机转速和研磨时间制备高催化效率Ag₃PO₄/AgBr复合光催化剂的新方法。

背景技术：

光催化剂具有降解有机污染物完全，不产生二次污染，易操作等优点，被广泛的研究和应用。Ag₃PO₄作为一种新兴的光催化剂，在吸收光波长大于420nm时的量子效率达到90％，具有高效降解有机污染物的能力。但是Ag₃PO₄微溶于水且具有光化学腐蚀等特性而影响其在光催化过程中稳定性和光催化活性。已有研究表明，通过Ag₃PO₄和AgBr的复合能够减少磷酸银在水溶液中的溶解，促进光生载流子的分离，提高光催化效率。Ag₃PO₄/AgBr复合光催化剂的制备方法有水热法、共沉淀法、离子交换法等。这些制备方法通常需要加入昂贵的试剂，或者通过苛刻的反应条件、繁琐的操作步骤来实现。

机械化学法是一种制备光催化剂的常用方法，通过剪切、磨擦、冲击、挤压等手段，对固体、液体等凝聚态物质施加机械能，诱发化学反应，反应的动力是机械力，因而反应无须高温、高压等苛刻条件即可完成。

本发明的过程是将Ag₃PO₄和NaBr在常温下按照一定摩尔比在球磨机中转速200-300r/min条件下研磨10-20分钟，固体粒子在机械力作用下发生化学反应生成AgBr，用去离子水溶解多余的NaBr，得到Ag₃PO₄/AgBr复合光催化剂。通过控制反应物的摩尔比、球磨机转速和研磨时间，可以制备出不同摩尔比的Ag₃PO₄/AgBr复合光催化剂，是一种易操作、生产成本低的制备方法。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种磷酸银/溴化银复合光催化剂的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种磷酸银/溴化银复合光催化剂的制备方法，所述方法为：将4.0克Ag₃PO₄和1.96克NaBr按照摩尔比1：2在球磨机中转速300r/min条件下研磨20min。用去离子水溶解多余的NaBr，得到Ag₃PO₄/AgBr复合光催化剂，其中Ag₃PO₄与AgBr的摩尔量之比为1：2.98。

进一步地，所述Ag₃PO₄通过以下方法制备得到：将90mmol质量分数为85％的磷酸溶解于2400mL去离子水中，加入75mmol AgNO₃，磁力搅拌后溶解。然后加入1125mmol尿素，室温下磁力搅拌30分钟。将混合溶液转移到带有四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜，置于80℃烘箱，反应24小时。反应结束后，冷却至室温，用真空泵过滤分离产物，去离子水洗涤，70℃干燥12小时，得到Ag₃PO₄产物。

进一步地，所述玛瑙磨球与原料质量比为2：1，球磨气氛为空气。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明首次机械化学法制备了Ag₃PO₄/AgBr高催化效率复合光催化剂；

(2)本发明首次通过控制反应物摩尔比、球磨机转速和研磨时间制备不同摩尔配比的Ag₃PO₄/AgBr复合光催化剂；

(3)本发明采用机械化学法制备Ag₃PO₄/AgBr复合光催化剂，球磨机在低转速、短时间条件下研磨，即可以实现，具有易操作、生产成本低的优点。

附图说明

图1为磷酸银的XRD图；

图2为磷酸银：溴化钠＝3：1所得产物的XRD图；

图3为磷酸银：溴化钠＝2：1所得产物的XRD图；

图4为磷酸银：溴化钠＝1：1所得产物的XRD图；

图5为磷酸银：溴化钠＝1：2所得产物的XRD图；

图6为磷酸银：溴化钠＝1：3所得产物的XRD图；

图7为磷酸银：溴化钠＝1：4所得产物的XRD图。

具体实施方式

实施例1：

90mmol 85wt％的磷酸溶解于2400mL去离子水中，加入75mmol AgNO₃，磁力搅拌后溶解。1125mmol尿素加入到溶液中，室温下磁力搅拌30分钟。将溶液转入带有四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜，置于80℃烘箱，反应24小时。反应结束后，冷却至室温，用真空泵过滤分离产物，去离子水洗涤，70℃干燥12小时，得到Ag₃PO₄产物。

光催化性质实验在夹套式光催化反应器中进行，采用500W氙灯作为光源(带420nm滤光片)，光源垂直于反应器中部，距离反应器10cm。在光催化反应器中，取0.2g Ag₃PO₄置于100mL浓度为10.0mg/L的罗丹明B溶液中，在暗室中磁力搅拌30min，开启光源，通入循环冷却水，反应1小时后，光催化降解效率为20.02％。

实施例2：

(1)Ag₃PO₄的制备

90mmol 85％的磷酸溶解于2400mL去离子水中，加入75mmol AgNO₃，磁力搅拌后溶解。1125mmol尿素加入到溶液中，室温下磁力搅拌30分钟。将溶液转入带有四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜，置于80℃烘箱，反应24小时。反应结束后，冷却至室温，用真空泵过滤分离产物，去离子水洗涤，70℃干燥12小时，得到Ag₃PO₄产物。

(2)Ag₃PO₄/AgBr复合光催化剂的制备

常温下将4.0克Ag₃PO₄和一定质量NaBr按照不同摩尔配比(如表1所示)在球磨机中研磨10-20分钟(如表1所示)，球磨转速200-300r/min，玛瑙磨球与原料质量比为2：1，球磨气氛为空气；固体粒子在机械力作用下发生化学反应生成AgBr。将研磨后的固体转移到烧杯中，加入去离子水，搅拌溶液使未反应的NaBr溶解在水中，用真空泵过滤分离固体和溶液，固体用去离子水洗涤，得到Ag₃PO₄/AgBr复合光催化剂。

(3)产物XRD

利用XRD粉末衍射测试表征复合物组成，结果表明，复合物组成为Ag₃PO₄/AgBr，没有其它物质的杂峰，Ag₃PO₄的衍射峰与其立方晶相标准卡JCPDS 06-0505完全一致，AgBr的衍射峰与标准卡JCPDS 06-0438完全一致，并利用峰面积计算出Ag₃PO₄/AgBr复合物的摩尔比，分别如表1所示。

(4)光催化性质实验

光催化性质实验在夹套式光催化反应器中进行，采用500W氙灯作为光源(带420nm滤光片)，光源垂直于反应器中部，距离反应器10cm。取0.2g Ag₃PO₄/AgBr复合光催化剂置于100mL浓度为10.0mg/L的罗丹明B溶液中，在暗室中磁力搅拌30min，开启光源，通入循环冷却水，光催化反应1小时后取样，用一次性滤膜过滤去除催化剂，用721分光光度计在553nm处测定溶液吸光度，计算光催化降解效率。

表1不同配比、球磨机转速和研磨时间所得产物的光催化降解效率

由上表可知，通过控制反应物的摩尔比、球磨机转速和研磨时间，可以制备出不同摩尔比的Ag₃PO₄/AgBr复合光催化剂。复合光催化剂可有效防止Ag₃PO₄在溶液中的溶解，提高其光降解稳定性。另外，由于AgBr特殊的导带和价带结构可以促进光生电子-空穴对通过异质结更好的传输和分离。AgBr的导带和价带位置比Ag₃PO₄更负，AgBr价带中的电子很容易迁移到Ag₃PO₄表面，同时Ag₃PO₄价带中的电子很容易迁移到AgBr价带上，这样提高了光生电子和空穴的分离效率。