专利名称：可见光驱动纳米磷酸银催化剂的制备方法
技术领域：
本发明属于材料化学领域，具体涉及一种可见光驱动的纳米磷酸银催化剂及其制备方法。
背景技术：
生活中的水体污染、空气污染等时刻都在威胁人们的健康，水体中的有害有机物，家具和涂料中释放的醛类、酚类、醇类等有害物质对人们健康的伤害受到高度重视。如何减少污染，保护环境成为人们日益关注的问题。因此，可以降解有害有机物的光催化剂的制备成为粉体科研的热点之一。目前使用最广、研究最多的光催化剂是锐钛型二氧化钛纳米粉体，因为其出色的生物相容性，安全无毒，低廉的价格和突出的光催化性能而受到众多关注。但是不足之处在于锐钛矿型二氧化钛纳米粉体的禁带宽度较宽，所以在使用时需用特定波长的紫外光激发(λ < 387nm)，而太阳光中紫外光区的能量不到总能量的5%，若使用太阳光直接催化降解有机污染物，其效果并不理想。为了解决这 一问题，可由太阳光直接驱动进行催化作用的磷酸银催化剂成为了目前光催化研究的研究热点。目前，关于磷酸银光催化剂报道已有很多，如付贤智等人制备的新型可见光催化剂磷酸银(中国专利，200910306562. 8);李新勇等人制备的可见光光催化剂银和磷酸银(中国专利，201010561326. 3);马建锋等人制备的负载型磷酸银光催化剂(中国专利，201210041469. O ;中国专利，201210041455. 9 ;中国专利，201210089707. 5);马培艳等人制备的一种高效可见光催化剂磷酸银(中国专利，201010516084. 6);杨小飞等人制备的一种石墨烯/磷酸银复合可见光光催化剂(中国专利，201210085277. X)。这些方法虽然可以解决直接使用二氧化钛纳米粉体所带来的问题，但是普遍存在着工艺复杂，生产设备价格高，催化效果不理想等诸多问题，难以在工业上得到大规模应用，而且对于可见光的利用率不高，不符合绿色化学和低碳社会要求。众所周知，提高催化剂的比表面积是最直接也是最便捷的促进催化剂催化效果的手段之一，但是近年来，纳米磷酸银催化剂却鲜有报道，主要是纳米磷酸银的比表面积较大，导致其活性非常的高，在制备时，常常在纳米磷酸银产生时就发生了分解。所以导致制备能稳定存在的纳米磷酸银光催化剂变得非常的困难。4Ag3P04+6H20+12h++12 e — 12Ag+4H3P04+302本发明针对现有磷酸银及其复合产物制备和使用中的不足，创造性的提出了一种纳米磷酸银催化剂的制备方法，通过使用不同光源照射和微量注射反应物的方法，制备出了稳定的纳米磷酸银光催化剂。该方法着眼于制备出稳定的纳米磷酸银光催化剂，同时大幅度提高光催化剂的催化性能和使用效率。由于本方法所制备的磷酸银颗粒为球簇结构，单体直径在20 60nm，整体直径在60 300nm。由于比表面积效应,其表面能很大,活性很高，可以有效地提高催化剂的催化性能，单位质量的纳米光催化剂的催化效率是普通磷酸银(直径在500nm 2 μ m)的5 20倍。并且由于球簇结构而使得该催化剂可以更容易的吸附催化对象，可以进一步的优化催化效果。
发明内容
本发明的目的在于提出一种新型可见光驱动的纳米磷酸银催化剂的制备方法，获得催化性能优越，稳定存在的新型纳米光催化剂，解决现有纯二氧化钛或者负载二氧化钛的催化剂可见光催化效果不理想，市场上常见的磷酸银催化剂可见光利用率低，催化过程缓慢等问题，同时有效的降低降解单位体积催化对象时磷酸银的使用量，提高催化剂的使用效率，降低催化剂的使用成本。本发明提出一种可见光驱动纳米磷酸银催化剂的制备方法，其具体步骤为1)使用硝酸银溶液和氨水配制银氨溶液；2)将配制好的磷酸根源溶液放入到烧杯中，加入适量表面活性剂。3)在不同光源照射下，使用微量注射器(量程为IyL)将银氨溶液加入到磷酸根源溶液中。4)沉淀经离心洗涤后收集。具体制备条件为1)表面活性剂的加入质量银源和磷酸根源质量的O. 5 10%;2)所使用的模板剂为脂肪醇类、聚乙二醇类、聚乙烯醇类、醇酰胺类、烷基胺类、烷基苯酚类、羧酸盐、磷酸盐、硫酸盐、磺酸盐或其混合物。3)所使 用的光源暗场、紫光、蓝光、青光、绿光、黄光、橙光、红光。
本发明具有如下优点I、首次提出了一种能制备稳定纳米磷酸银光催化剂的制备方法。由于纳米磷酸银活性过高，在制备时会发生分解，对生产和使用造成了很多问题，所以近几年关于纳米磷酸银光催化剂的相关报道并不多见。本发明通过使用不同光源照射和微量注射反应物的方法，制备出了稳定的纳米磷酸银光催化剂，有效避免了由于纳米磷酸银活性过高而导致的制备时的瞬间分解，这是其他方法无法实现的。2.由于本方法所制备的磷酸银颗粒为球簇结构，单体直径在30 50nm，整体直径在100 300nm，而现有市场上常见的磷酸银多为微米级。从微观上来说，由于小尺寸效应，纳米磷酸银颗粒较常规微米级磷酸银对于可见光的反射率要低许多，所以可以高效率的吸收可见光中的能量，将之转化为分子间电子迁移所需要的能量，这也是使得纳米磷酸银在进行催化作用时，效率要比微米级高的主要原因之一。从宏观上来说，该光催化剂独特的由纳米级单体组装而成的结构，使得其拥有很大的比表面积，可以更易吸附并富集催化对象，进一步的优化催化效果。与市场上常见的磷酸银光催化剂相比较，纳米磷酸银光催化剂在降解相同量的罗丹明B时，其催化效果大约是现有常见的磷酸银催化剂的3 10倍，在愈来愈注重生产效率的大环境下，这种高性能的纳米磷酸银催化剂是非常具有市场前景的。3.本发明首次在暗场或者特定波长照射条件下通过微量注射制备的纳米磷酸银光催化剂，利用该方法在制备时，能够通过改变光源类型，实现对纳米磷酸银的粒径及颗粒间的簇集方式的人为调控，并可以通过改变表面活性剂的种类产生新的形貌，从而实现对于不同形貌纳米磷酸银的可控合成。同现有方法相比，不仅产物催化性能好，而且实现形貌和尺寸的人为可控，满足不同的应用需求。
具体实施例方式下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明。实施例I :量取IOmL O. 5mol/L NaH2PO4水溶液置于干净烧杯中，加入30mL去离子水和ImLO. 14g/L聚乙二醇溶液，待表面活性剂完全溶解后，在暗场条件下将IOmL I. 5mol/L银氨溶液用微量注射剂加入到烧杯中，待完全反应后，在抽滤，室温下自然干燥，即得纳米磷酸银光催化剂。实施例2量取IOmL O. 05mol/L NaH2PO4水溶液置于干净烧杯中，加入30mL去尚子水和ImLO. 14g/L曲拉通X-100溶液，待表面活性剂完全溶解后，在300nm波长紫外光条件下将IOmL O. 15mol/L银氨溶液用微量注射剂加入到烧杯中，待完全反应后，在抽滤，室温下自然干燥，即得纳米磷酸银光催化剂。实施例3量取IOmL O. 05mol/L NaH2PO4水溶液置于干净烧杯中，加入30mL去尚子水和ImLO. 14g/L聚丙烯酰胺溶液，待表面活性剂完全溶解后，在500nm波长绿光条件下将IOmLO. 15mol/L银氨溶液用微量注射剂加入到烧杯中，待完全反应后，在抽滤，室温下自然 干燥，即得纳米磷酸银光催化剂。实施例4量取IOmL O. 05mol/L NaH2PO4水溶液置于干净烧杯中，加入30mL去尚子水和lmL2. 8g/L聚乙二醇溶液，待表面活性剂完全溶解后，在580nm波长黄光条件下将IOmL
O.15mol/L银氨溶液用微量注射剂加入到烧杯中，待完全反应后，在抽滤，室温下自然干燥，即得纳米磷酸银光催化剂。实施例5量取IOmL O. 05mol/L NaH2PO4水溶液置于干净烧杯中，加入30mL去尚子水和lmL2. 8g/L曲拉通X-100溶液，待表面活性剂完全溶解后，在700nm波长红光条件下将IOmLO. 15mol/L银氨溶液用微量注射剂加入到烧杯中，待完全反应后，在抽滤，室温下自然干燥，即得纳米磷酸银光催化剂。实施例6量取IOmL O. 05mol/L NaH2PO4水溶液置于干净烧杯中，加入30mL去尚子水和lmL2. 8g/L聚丙烯酰胺溶液，待表面活性剂完全溶解后，在暗场条件下将IOmL O. 15mol/L银氨溶液用微量注射剂加入到烧杯中，待完全反应后，在抽滤，室温下自然干燥，即得纳米磷酸银光催化剂。实施例7量取IOmL O. 05mol/L NaH2PO4水溶液置于干净烧杯中，加入30mL去尚子水和lmL2. 8g/L聚丙烯酰胺溶液，待表面活性剂完全溶解后，在300nm波长紫外光条件下将IOmLO. 15mol/L银氨溶液用微量注射剂加入到烧杯中，待完全反应后，在抽滤，室温下自然干燥，即得纳米磷酸银光催化剂。实施例8量取IOmL O. 05mol/L NaH2PO4水溶液置于干净烧杯中，加入30mL去尚子水和lmL2. 8g/L曲拉通X-100溶液，待表面活性剂完全溶解后，在500nm波长绿光条件下将IOmLO. 15mol/L银氨溶液用微量注射剂加入到烧杯中，待完全反应后，在抽滤，室温下自然干燥，即得纳米磷酸银光催化剂。
权利要求
1.一种可见光驱动纳米磷酸银催化剂的制备方法，该纳米磷酸银催化剂的制备步骤为1)使用硝酸银溶液和氨水配制银氨溶液；2)将配制好的磷酸根源溶液放入到烧杯中，加入适量表面活性剂。3)在不同波长光源照射下，使用微量注射器(量程为IyL)将银氨溶液加入到磷酸根源溶液中。4)沉淀经离心洗涤后收集，获得的产物即为纳米磷酸银催化剂。
2.根据权利要求书I所述，表面活性剂的加入质量为银源和磷酸根源质量的O.5 10%。
3.根据权利要求I所述，其特征在于磷酸根源为磷酸钠、磷酸钾、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钾，磷酸二氢钾。
4.根据权利要求I所述，其特征在于，所述的模板剂为脂肪醇类、聚乙二醇类、聚乙烯醇类、醇酰胺类、烷基胺类、烷基苯酚类、羧酸盐、磷酸盐、硫酸盐、磺酸盐或其混合物。
5.根据权利要求I所述，其特征在于所使用的光源为暗场、紫光、蓝光、青光、绿光、黄光、橙光、红光。
全文摘要
本发明属于材料化学技术领域，具体涉及一种可见光驱动的纳米磷酸银催化剂的制备方法。本发明通过使用不同光源照射和微量注射反应物的方法，制备出了可以稳定存在的纳米磷酸银光催化剂，避免了在可见光下制备，产物会发生分解的问题。本方法所制备的磷酸银颗粒为球簇结构，单体直径在20～60nm，整体直径在60～300nm。远小于市场上常见的微米级磷酸银。由于小尺寸效应和球簇结构，不仅使得该纳米光催化剂的催化效果较微米级催化剂有了显著的提高，而且大大减小了催化剂的使用量，有效地减少了使用成本。并且通过改变表面活性剂的种类和制备时照射光的光源，对不同形貌的纳米磷酸银实现了可控合成。
文档编号C01B25/37GK102826531SQ20121034132
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月14日 优先权日2012年9月14日
发明者刘金库, 罗重霄, 王建栋, 谢洪珍, 张琦, 贺加洛 申请人:华东理工大学