一种红外光催化剂及其制备方法与应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种红外光催化剂，是以Ag2O纳米颗粒为基质，表面覆盖厚度不均一的Ag2S2O7层构成；其中，所述Ag2O纳米颗粒粒径尺寸为50nm～500nm，所述Ag2S2O7层的厚度范围为1～50nm，所述Ag2S2O7为部分硫化的氧化银，其中硫与氧的摩尔比为1:4～4:1。本发明还公开了所述红外光催化剂的制备方法与应用，实验证实本发明的催化剂具有优异的红外光催化性能，能快速降解有机污染物，在30～120mW/cm2红外光照射强度，照射时间为90～150min条件时红外光催化降解甲基橙的降解率90％以上，同时在太阳光下，催化剂结构中的Ag2S2O7有可避免太阳光中的紫外光对Ag2O的光还原作用，使应用范围更广阔，易于推广。
【专利说明】一种红外光催化剂及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种红外光催化剂及其制备方法与应用；属于光催化材料及其制备领域。
【背景技术】
[0002]光催化剂是一种在光照射下，自身不发生变化但能促进化学反应的物质。光催化剂是利用自然界存在的光能转化为化学反应所需的能量，从而产生氧化能力较强的自由负离子，以实现催化作用。光催化剂几乎可分解所有对人体和环境有害的有机物质及部分无机物质，不仅能加速反应，亦能运用自然界的定律，不造成资源浪费和形成附加污染。但是其作为新功能材料的研发，也面临很多局限性，其中最主要的是太阳光利用率低等。如对于传统的二氧化钛光催化剂及其衍生光催化剂禁带宽度较宽，光吸收仅限于紫外部分以及部分可见光区，而紫外区以及可见光区在太阳光中所占的比例分别为5%和48%左右，而占太阳光大部分能量的红外光却没得到充分的利用。基于此，开发利用红外光以获得新型高性能光催化材料是目前工作着重点之一。
[0003]氧化银是大家熟知的能被可见光激发的半导体材料，无毒成本低，受到广泛研究，其缺点是容易在紫外光条件下易自身发生光还原，降低了反应效率，因此其应用受到一定的限制。经检索，关于红外光催化剂报道较少，尤其是以Ag2O为基质，表面覆盖有Ag2S2O7纳米颗粒的红外光催化剂及其在催化降解有机污染物中的应用未见报道。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中太阳光利用多局限在紫外和可见光段的不足，本发明要解决的问题是提供一种红外光催化剂及其制备方法与应用。
[0005]本发明所述的红外光催化剂，其特征是:所述红外光催化剂是以Ag2O纳米颗粒为基质，表面覆盖厚度不均一的Ag2S2O7层构成；其中,所述Ag2O纳米颗粒粒径尺寸为50nm?500nm,所述Ag2S2O7层的厚度范围为I?50nm,且所述Ag2S2O7为部分硫化的氧化银,其中硫与氧的摩尔比为1:4?4:1。
[0006]其中:所述Ag2O纳米颗粒粒径尺寸优选为10nm?300nm,所述Ag2S2O7层的厚度范围优选为I?10nm，所述部分硫化的氧化银中硫与氧的摩尔比优选为1:3。
[0007]本发明所述红外光催化剂的制备方法，步骤是:
[0008]①称取硝酸银溶解在去离子水中，超声分散并磁力搅拌30±5min，制备浓度为0.01?0.lmol/L的硝酸银溶液；然后将浓度为0.1?0.5mol/L的氢氧化钠溶液缓慢滴加到制得的硝酸银溶液中，使氢氧化钠的滴加量足够沉淀溶液中所有的银离子，且溶液最终的PH为14 ;收集沉淀，并用水洗，然后置50±10°C干燥12?18h，即得到粒径尺寸为50nm?500nm的氧化银纳米颗粒粉末；
[0009]②将步骤①得到的Ag2O粉末分散在水中，超声搅拌30±5min，制备浓度为0.001?0.01mol/L的Ag2O悬浊液；称取Na2S溶解在去离子水中，制备浓度为0.001?0.0lmol/L的硫化钠溶液；
[0010]③室温并在搅拌条件下，将步骤②制得的硫化钠溶液按体积比为4:5?1:5的比例逐滴加入到步骤②制得的与其浓度相同的Ag2O悬浊液中，继续搅拌300 土 5min使沉淀充分产生；收集沉淀，并用水洗至中性，然后置50±2°C干燥12±0.5h，得到的沉淀物即为以Ag2O纳米颗粒为基质，表面覆盖厚度不均一的Ag2S2O7层的红外光催化剂。
[0011]本发明所述红外光催化剂在催化降解有机污染物中的应用。
[0012]其中:所述有机污染物优选是甲基橙、罗丹明B，所述有机污染物降解条件为:红外光照射强度30?120mW/cm2,照射时间为90?150min。
[0013]本发明公开了一种红外光催化剂，该催化剂在红外光条件下，能够有效降低有机污染物，具有较好的红外光催化性能，有效拓宽了太阳光的利用范围并延长催化剂寿命。
[0014]本发明所述红外光催化剂采用简单的化学沉淀法制备，该催化剂以Ag2O纳米颗粒为基质，表面覆盖厚度不均一的Ag2S2O7层构成；其中，所述Ag2O纳米颗粒粒径尺寸为50nm?500nm,所述Ag2S2O7层的厚度范围为I?50nm,所述Ag2S2O7为部分硫化的氧化银，其中硫与氧的摩尔比为1:4?4:1。实验证实，本发明所述红外光催化剂具有优异的红外光催化性能，在30?120mW/cm2红外光照射强度,照射时间在90?150min条件时红外光催化降解甲基橙的降解率90%以上，同时在太阳光下，催化剂结构中的Ag2S2O7有可避免太阳光中的紫外光对Ag2O的光还原作用，使应用范围更广阔，易于推广。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为制备的红外光催化剂的X-射线衍射(XRD)图谱。
[0016]图2为制备的红外光催化剂的扫描电镜(SEM)照片。
[0017]图3为制备的红外光催化剂的透射电镜(TEM)照片。
[0018]其中:(a)，低倍下的投射电镜图片；(b)，局部高分辨投射电镜图片。
[0019]图4为制备的部分硫化氧化银红外光催化剂在红外光下对甲基橙的降解图。
【具体实施方式】
[0020]实施例1:
[0021]①称取0.29g硝酸银溶解在10mL去离子水中，超声分散，磁力搅拌30min，得到浓度为0.017mol/L的硝酸银溶液。然后将浓度为0.2mol/L的氢氧化钠溶液缓慢的滴加到上述硝酸银溶液中，使氢氧化钠的滴加量足够沉淀溶液中所有的银离子，且溶液最终的PH为14。收集沉淀，并用水洗，然后置55°C干燥处理15h，即得到粒径尺寸为10nm?300nm的氧化银纳米颗粒粉末；
[0022]②取步骤①得到的Ag2O粉末0.lg，分散在10mL去离子水中，超声搅拌30min，制得浓度为0.0043mol/L的Ag2O悬浊液；称取Na2S 335.4mg，溶解在100mL去离子水中，制备浓度为0.0043mol/L的硫化钠溶液；
[0023]③室温并在搅拌条件下，将步骤②制得的25mL硫化钠溶液逐滴加入到步骤②制得的10ml氧化银悬浊液中，继续搅拌300min使沉淀充分产生；收集沉淀，并用水洗至中性，然后置50°C干燥处理12h，得到的沉淀物即为以Ag2O纳米颗粒为基质，表面覆盖厚度不均一的Ag2S2O7层的红外光催化剂，其中所述Ag2S2O7为部分硫化的氧化银，硫与氧的摩尔比为硫与氧的摩尔比为1:3。
[0024]将上述制得的具有部分硫化氧化银层的红外光催化剂进行如下鉴定和检测:
[0025]将所得的红外光催化剂样品用德国布鲁克D8X-射线衍射仪分析(结果见图1)。由图1可以看出得到的红外光催化剂由Ag2O与Ag2S2O7组成。
[0026]将所得的红外光催化剂样品用日本日立公司生产HITACHI S-4800型场发射扫描显微镜进行观察(结果见图2)。由图2可以看出得到的红外光催化剂的粒径为200?300nmo
[0027]将所得的红外光催化剂样品用日本JEOL公司生产JEM 2100F型透射电子显微镜进行观察(结果见图3)。由图3可以看出得到的红外光催化剂的氧化银纳米表面覆盖厚度不均一的Ag2S2O7层；其中Ag2S2O7层的厚度为5nm。
[0028]将所得的红外光催化剂样品在红外光照射下对甲基橙进行降解，在光强为56.0mff/cm2,红外光照射120min照射后，降解率达到90%以上(见图4)。
[0029]实施例2:
[0030]①称取0.29g硝酸银溶解在10mL去离子水中，超声分散，磁力搅拌30min，得到浓度为0.017mol/L的硝酸银溶液。然后将浓度为0.2mol/L的氢氧化钠溶液缓慢的滴加到上述溶液中，使氢氧化钠的量足够沉淀所有的银离子，溶液最终的PH为14。最后得到的沉淀经过水洗，置50°C干燥处理18h,得到粒径尺寸为10nm?300nm的氧化银纳米颗粒；
[0031]②取步骤①得到的Ag2O粉末0.lg，分散在10mL去离子水中，超声搅拌35min，制得浓度为0.0043mol/L的Ag2O悬浊液；称取335.4mg的Na2S溶解在100mL去离子水中，制得0.0043mol/L的硫化钠溶液。
[0032]③室温并在搅拌条件下，将步骤②制得的25mL硫化钠溶液逐滴加入到10ml步骤②制得的氧化银悬浊液中并继续搅拌300±5min，最后得到沉淀经过水洗至中性，置50 ± 2°C干燥处理12 ±0.5h，得到沉淀物即为以Ag2O纳米颗粒为基质，表面覆盖厚度不均一的Ag2S2O7层的红外光催化剂，其中Ag2S2O7层的硫与氧的摩尔比为1:4。
[0033]实施例3:
[0034]①称取0.29g硝酸银溶解在10mL去离子水中，超声分散，磁力搅拌30min，得到浓度为0.017mol/L的硝酸银溶液。然后将浓度为0.2mol/L的氢氧化钠溶液缓慢的滴加到上述溶液中，使氢氧化钠的量足够沉淀所有的银离子，溶液最终的PH为14。最后得到沉淀经过水洗，置60°C干燥处理12h,得到粒径尺寸为10nm?300nm的氧化银纳米颗粒；
[0035]②取步骤①得到的Ag2O粉末0.lg，分散在10mL去离子水中，超声搅拌30±5min，制得浓度为0.0043mol/L的Ag2O悬浊液；称取335.4mg的Na2S溶解在100mL去离子水中，制得0.0043mol/L的硫化钠溶液。
[0036]③室温并在搅拌条件下，将步骤②制得的33.3mL硫化钠溶液逐滴加入到10ml步骤②制得的氧化银悬浊液中并继续搅拌300±5min，最后得到沉淀经过水洗至中性，置50 ± 2°C干燥处理12 ±0.5h，得到沉淀物即为以Ag2O纳米颗粒为基质，表面覆盖厚度不均一的Ag2S2O7层的红外光催化剂，其中Ag2S2O7层的硫与氧的摩尔比为1: 2。
[0037]实施例4:
[0038]①称取0.29g硝酸银溶解在10mL去离子水中得到浓度为0.017mol/L的硝酸银溶液，超声分散，磁力搅拌30min。然后将浓度为0.2mol/L的氢氧化钠溶液缓慢的滴加到上述溶液中，使氢氧化钠的量足够沉淀所有的银离子，溶液最终的pH为14。最后得到沉淀经过水洗，置58°C干燥处理14h,得到粒径尺寸为10nm?300nm的氧化银纳米颗粒；
[0039]②取步骤①得到的Ag2O粉末0.lg，分散在10mL去离子水中，超声搅拌30±5min，制得浓度为0.0043mol/L的Ag2O悬浊液；称取335.4mg的Na2S溶解在100mL去离子水中，制得0.0043mol/L的硫化钠溶液。
[0040]③室温并在搅拌条件下，将步骤②制得的66.7mL硫化钠溶液逐滴加入到10ml步骤②制得的氧化银悬浊液中并继续搅拌300±5min，最后得到沉淀经过水洗至中性，置50±2°C干燥处理12±0.5h得到沉淀颗粒即为以Ag2O纳米颗粒为基质，表面覆盖厚度不均一的Ag2S2O7层的红外光催化剂，其中Ag2S2O7层的硫与氧的摩尔比为2:1。
[0041]实施例5:
[0042]①称取0.29g硝酸银溶解在10mL去离子水中，得到浓度为0.017mol/L的硝酸银溶液，超声分散，磁力搅拌30min。然后将浓度为0.2mol/L的氢氧化钠溶液缓慢的滴加到上述溶液中，使氢氧化钠的量足够沉淀所有的银离子，溶液最终的PH为14。最后得到沉淀经过水洗，置52°C干燥处理16h,得到粒径尺寸为10nm?300nm的氧化银纳米颗粒；
[0043]②取步骤①得到的Ag2O粉末0.lg，分散在10mL去离子水中，超声搅拌30±5min，制得浓度为0.0043mol/L的Ag2O悬浊液；称取335.4mg的Na2S溶解在100mL去离子水中，制得0.0043mol/L的硫化钠溶液。
[0044]③室温并在搅拌条件下，将步骤②制得的75mL硫化钠溶液逐滴加入到10ml步骤②制得的氧化银悬浊液中并继续搅拌300±5min，最后得到沉淀经过水洗至中性，置50 ± 2°C干燥处理12 ±0.5h，得到沉淀颗粒物即为以Ag2O纳米颗粒为基质，表面覆盖厚度不均一的Ag2S2O7层的红外光催化剂，其中Ag2S2O7层的硫与氧的摩尔比为3:1。
[0045]实施例6:
[0046]①称取0.29g硝酸银溶解在10mL去离子水中，得到浓度为0.017mol/L的硝酸银溶液，超声分散，磁力搅拌30min。然后将浓度为0.2mol/L的氢氧化钠溶液缓慢的滴加到上述溶液中，使氢氧化钠的量足够沉淀所有的银离子，溶液最终的PH为14。最后得到沉淀经过水洗，置56°C干燥处理16h得到粒径尺寸为10nm?300nm的氧化银纳米颗粒；
[0047]②取步骤①得到的Ag2O粉末0.lg，分散在10mL去离子水中，超声搅拌30±5min，制得浓度为0.0043mol/L的Ag2O悬浊液；称取335.4mg的Na2S溶解在100mL去离子水中，制得0.0043mol/L的硫化钠溶液。
[0048]③室温并在搅拌条件下，将步骤②制得的SOmL硫化钠溶液逐滴加入到10ml步骤②制得的氧化银悬浊液中并继续搅拌300±5min，最后得到沉淀经过水洗至中性，置50 ± 2°C干燥处理12 ±0.5h，得到沉淀颗粒物即为以Ag2O纳米颗粒为基质，表面覆盖厚度不均一的Ag2S2O7层的红外光催化剂，其中Ag2S2O7层的硫与氧的摩尔比为4:1。
【权利要求】
1.一种红外光催化剂，其特征是:所述红外光催化剂是以Ag2O纳米颗粒为基质，表面覆盖厚度不均一的Ag2S2O7层构成；其中，所述Ag2O纳米颗粒粒径尺寸为50nm?500nm,所述Ag2S2O7层的厚度范围为I?50nm，且所述Ag2S2O7为部分硫化的氧化银，其中硫与氧的摩尔比为1:4?4:1。
2.如权利要求1所述的红外光催化剂，其特征是:所述Ag2O纳米颗粒粒径尺寸为10nm?300nm,所述Ag2S2O7层的厚度范围为I?1nm,所述部分硫化的氧化银中硫与氧的摩尔比为1:3。
3.权利要求1所述红外光催化剂的制备方法，步骤是: ①称取硝酸银溶解在去离子水中，超声分散并磁力搅拌30±5min,制备浓度为0.01?0.lmol/L的硝酸银溶液；然后将浓度为0.1?0.5mol/L的氢氧化钠溶液缓慢滴加到制得的硝酸银溶液中，使氢氧化钠的滴加量足够沉淀溶液中所有的银离子，且溶液最终的pH为14 ;收集沉淀，并用水洗，然后置50± 10°C干燥12?18h，即得到粒径尺寸为50nm?500nm的氧化银纳米颗粒粉末； ②将步骤①得到的Ag2O粉末分散在水中，超声搅拌30±5min，制备浓度为0.001?0.01mol/L的Ag2O悬浊液；称取Na2S溶解在去离子水中，制备浓度为0.001?0.01mol/L的硫化钠溶液； ③室温并在搅拌条件下，将步骤②制得的硫化钠溶液按体积比为4:5?1:5的比例逐滴加入到步骤②制得的与其浓度相同的Ag2O悬浊液中，继续搅拌300±5min使沉淀充分产生；收集沉淀，并用水洗至中性，然后置50±2°C干燥12±0.5h，得到的沉淀物即为以Ag2O纳米颗粒为基质，表面覆盖厚度不均一的Ag2S2O7层的红外光催化剂。
4.权利要求1所述红外光催化剂在催化降解有机污染物中的应用。
5.如权利要求4所述的应用，其特征是:所述有机污染物是甲基橙、罗丹明B，所述有机污染物降解条件为:红外光照射强度30?120mW/cm2,照射时间为90?150min。
【文档编号】A62D101/26GK104174413SQ201410459542
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年9月10日 优先权日:2014年9月10日
【发明者】刘宏, 李海东, 桑元华, 梁龙跃 申请人:山东大学