一种光催化剂的制备方法及适用于该制备方法的设备与流程

本发明主要涉及光催化剂的制备，具体是一种光催化剂的制备方法及适用于该制备方法的设备。

背景技术：

自从人们证实氧化银被光线照射后,形成的ag@ag2o体系具有很好的稳定性和催化活性,氧化银作为一种新型光催化剂,成为了在光催化领域中的一大研究热点。氧化银作为催化剂在有机反应领域逐渐被认可，它需要的反应条件温和，产率比一般催化剂高，选择性好等优点在有机物的氧化反应、还原反应和偶联反应等反应中发挥着越来越不可缺少的作用，氧化银光催化反应是在晶体表面进行的,氧化银颗粒度越小越有利于增加氧化银的表面积，然而,晶体生长过程中,活性面生长较快,这一规律使得能量较低的非活性面占据了晶体的主要表面积。

氧化银的主要制备方法是将硝酸银溶液滴加到氢氧化钠溶液中的方法，得到氧化银沉淀后，经过洗涤、分离和干燥得到氧化银成品，但是产品的粒径一般在微米级尺寸，为了实现反应物低浓度参加反应，通常采用单注慢速滴加的方法，这虽然在一定程度上降低了其中一种反应物的浓度，有利于降低氧化银粒子的生长速度，但是不能同时使两种反应物均以低浓度反应，不能最大幅度地降低粒子的生长速度，且缺乏相应的配套装置辅助解决反应物浓度问题，最终导致生成的颗粒较大，难以满足应用领域对氧化银颗粒度越小越好的要求。

技术实现要素：

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种光催化剂的制备方法及适用于该制备方法的设备，得到的氧化银颗粒稳定、分散性好、粒径小且分布均匀。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种光催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将硝酸银溶于蒸馏水中，配制成0.1mol/l的硝酸银溶液，注入容器a；

(2)将氢氧化钠溶于蒸馏水中，配制成2mol/l的氢氧化钠溶液，注入容器b；

(3)在不断搅拌的情况下，向容器a中缓慢滴加氨水，有黄褐色沉淀生成，继续滴加氨水，黄褐色沉淀消失，溶液变透明；或在不断搅拌的情况下，向容器a中缓慢滴加醋酸铵溶液，有白色沉淀生成；

(4)将容器a中的液体和容器b中的液体在不断搅拌的情况下同时注入盛有蒸馏水的容器c；

(5)容器c中的液体，在1800～2000rpm的转速下反应，然后转入容器d在100-400rpm的转速下继续反应25-40分钟后，静置8-15小时进行过滤，得到的沉淀为氧化银；

(6)将沉淀先后经蒸馏水、无水乙醇进行水洗、醇洗后，在干燥箱内于55-60℃下干燥8-14小时，得到平均粒径为15～40纳米的氧化银粒子。

适用于上述光催化剂的制备方法的设备，包括第一立柱，所述第一立柱的左右两侧分别设置第一支撑板、第二支撑板，所述第一立柱的顶端设置第三支撑板，所述第三支撑板的两端均设置第二立柱，所述第二立柱的另一端与第一支撑板或第二支撑板连接，所述第三支撑板远离立柱的一侧设置容器a、容器b，所述靠近第一立柱的一侧相对位于容器a、容器b之间设置支撑管，所述支撑管通过第一连接管与容器a、容器b连通，所述支撑管的底端设置容器c，所述支撑管相对位于容器c的上方设置注水管，所述第三支撑板上设置第一搅拌器，所述第一搅拌器的搅拌桨a伸入容器c，所述第二支撑板上设置容器d，所述容器d通过第二连接管与容器c连通，所述容器d的底端设置出液管，所述第二支撑板的上方设置第四支撑板，所述第四支撑板上设置与第二搅拌器，所述第二搅拌器的搅拌桨b伸入容器d，所述第三支撑板的上方设置第五支撑板，所述第五支撑板通过第三立柱与第三支撑板连接，所述第五支撑板上设置用于向容器a加料的第一漏斗、第二漏斗以及用于向容器b加料的第三漏斗，所述第五支撑板上还设置与第三搅拌器，所述第三搅拌器的搅拌桨c伸入容器a。

所述支撑管内设置隔板，所述第一搅拌器的搅拌轴与隔板转动连接，所述隔板内设置与第一搅拌器的搅拌轴相适应的通孔，所述第一搅拌器的搅拌轴通过通孔穿过隔板。

所述第一搅拌器上设置若干个搅拌桨a，所述搅拌桨a轴向安装在搅拌轴上，所述搅拌桨a呈向上弯曲的弧形。

所述容器c为透明的球形容器，所述搅拌桨a的长度由中间向两端逐渐减小与容器c相适应。

所述容器a、容器b、第二漏斗、出液管上设置控制阀门。

所述容器d的高度小于容器c的高度。

对比与现有技术，本发明有益效果在于：

1、本发明采用液相沉淀法，利用硝酸银溶液与络合剂反应，再将反应后的溶液与氢氧化钠溶液同时与大量体系水溶液相混合(即双注混合技术)，从而使反应浓度得到稀释，可以在浓度较高的情况下仍然实现低浓度反应，并最终得到粒径小的氧化银纳米粒子，制得的氧化银颗粒稳定、分散性好、粒径小且分布均匀。

2、本发明在容器a将硝酸银溶液与络合剂反应，然后将反应后的溶液与氢氧化钠溶液同时注入容器c，在容器c中当第一搅拌器运转时，大量体水溶液被注入容器c的内腔快速混合、稀释，稀释后的溶液在容器c内相遇，发生快速沉淀反应，可瞬间生成氧化银粒子。

3、本发明支撑管内设置隔板，所述第一搅拌器的搅拌轴通过通孔穿过隔板，使容器a、容器b中的液体在支撑管的底端出口处，进入容器c空间增大的同时与水溶液混合，快速稀释，能够有利于实现浓度较高的情况下仍然实现低浓度反应。

4、本发明搅拌桨a呈向上弯曲的弧形，将向下流动的液体，向上甩起有利于快速混合，也能增加混合的均匀度，使两种反应溶液充分接触，快速形成沉淀。

5、本发明容器c为透明的球形容器，有利于两种反应溶液与水充分混合。

6、本发明容器d的高度小于容器c的高度，有利于容器c内的液体流向容器d。

附图说明

附图1是实施例1的xrd图。

附图2是实施例1的sem图。

附图3是实施例1甲基橙溶液在可见光下的光催化降解图。

附图4是实施例2的xrd图。

附图5是实施例2的sem图。

附图6是实施例2甲基橙溶液在可见光下的光催化降解图。

附图7是实施例4的结构示意图。

附图8是支撑管5的结构示意图。

附图中所示标号：1、容器a；11、第一立柱；12、第二立柱；13、第三立柱；14、第四立柱；2、容器b；21、第一支撑板；22、第二支撑；23、第三支撑板；24、第四支撑板；25、第五支撑板；3、容器c；31、第一搅拌器；311、搅拌轴；312、搅拌桨a；32、第二搅拌器；33、第三搅拌器；4、容器d；41、第一漏斗；42、第二漏斗；43、第三漏斗；5、支撑管；51、第一连接管；52、注水管；53、第二连接管；54、出液管；6、隔板；7、控制阀门。

具体实施方式

结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

实施例1：

一种光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取0.34g硝酸银溶于20ml蒸馏水中，配制成0.1mol/l的硝酸银溶液，为了使硝酸银充分溶解，使用搅拌器不断搅拌，充分溶解后将硝酸银溶液注入容器a1；

(2)称取0.64g氢氧化钠溶于8ml蒸馏水中，充分溶解，配制成2mol/l的氢氧化钠溶液，将氢氧化钠溶液注入容器b2；

(3)在不断搅拌的情况下，向容器a1中缓慢滴加0.2mol/l的醋酸铵溶液，有白色沉淀生成；

(4)将容器a1中含有白色沉淀的液体和容器b2中的氢氧化钠溶液在不断搅拌的情况下同时注入盛有蒸馏水的容器c3，利用硝酸银溶液与络合剂反应，再将反应后的溶液与氢氧化钠溶液同时与大量的水溶液相混合(双注混合技术)；

(5)容器c3中的液体，在1800rpm的转速下反应，混合后的溶液浓度迅速减小，可以在浓度较高的情况下仍然实现低浓度反应，然后转入容器d4在100rpm的转速下继续反应25分钟后，静置8小时进行过滤，得到的沉淀为氧化银，使反应浓度得到稀释；

(6)将沉淀经过蒸馏水、无水乙醇进行水洗、醇洗后，在干燥箱内于55℃下干燥8小时，得到平均粒径为18-30纳米的氧化银粒子，颗粒稳定、分散性好、粒径小且分布均匀。图1表明制备的氧化银晶型良好，无杂质峰，衍射峰尖锐；图2表明：氧化银晶体生长良好，结构完整、规则。

图1、图2表明加入醋酸铵作络合剂的氧化银，形貌均匀，颗粒较规则，因为ag+与nh4+形成的银铵离子能控制ag+的释放，使反应放慢，生产的氧化银颗粒就均匀。

可见光下降解甲基橙溶液：

实验试剂：氧化银、甲基橙溶液

实验步骤：

①称取0.1g氧化银加入到20mg/l的甲基橙溶液中，黑暗反应1h，达到吸附平衡；

②取反应后的溶液在氙灯下进行可见光照射；

③每隔一段时间进行取样，离心分离后取上清液用分光光度计测吸光度；

实验结果分析，详见图3，由图3可以看出，氧化银在加入60min时甲基橙基本降解完全，说明催化降解效果良好。

实施例2：

一种光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取0.34g硝酸银溶于20ml蒸馏水中，配制成0.1mol/l的硝酸银溶液，为了使硝酸银充分溶解，使用搅拌器不断搅拌，充分溶解后将硝酸银溶液注入容器a1；

(2)称取0.64g氢氧化钠溶于8ml蒸馏水中，充分溶解，配制成2mol/l的氢氧化钠溶液，将氢氧化钠溶液注入容器b2；

(3)在不断搅拌的情况下，向容器a1中缓慢滴加氨水，有黄褐色沉淀生成，继续滴加氨水，黄褐色沉淀消失，溶液变透明，具体反应为：

硝酸银和过量氨水反应：先进行反应nh3.h2o+agno3＝agoh+nh4no3，然后进行反应：agoh+2nh3.h2o＝ag(nh3)2oh+2h2o；

(4)将容器a1中的液体和容器b2中的液体在不断搅拌的情况下同时注入盛有蒸馏水的容器c3；

(5)容器c3中的液体，在2000rpm的转速下反应，然后转入容器d4在400rpm的转速下继续反应40分钟后，静置8-15小时进行过滤，得到的沉淀为氧化银；

(6)将沉淀经过蒸馏水、无水乙醇进行水洗、醇洗后，在干燥箱内于60℃下干燥14小时，得到平均粒径为20-40纳米的氧化银粒子。图4表明制备的氧化银晶型良好，无杂质峰，衍射峰尖锐；图5表明：氧化银晶体生长良好，结构完整、规则。

图4、图5说明加入氨水作络合剂的氧化银，形貌均匀，颗粒较规则，因为ag+与nh4+形成的银铵离子能控制ag+的释放，使反应放慢，生产的氧化银颗粒就均匀。

可见光下降解甲基橙溶液：

实验试剂：氧化银、甲基橙溶液

实验步骤：

①称取0.1g氧化银加入到20mg/l的甲基橙溶液中，黑暗反应1h，达到吸附平衡；

②取反应后的溶液在氙灯下进行可见光照射；

③每隔一段时间进行取样，离心分离后取上清液用分光光度计测吸光度；

实验结果分析，详见图6：由图6可以看出，以氨水为络合剂合成的氧化银颗粒加入甲基橙溶液中，甲基橙溶液在50min时几乎完全降解，说明催化效果良好。

实施例3：

一种光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取0.34g硝酸银溶于20ml蒸馏水中，配制成0.1mol/l的硝酸银溶液，为了使硝酸银充分溶解，使用搅拌器不断搅拌，充分溶解后将硝酸银溶液注入容器a1；

(2)称取0.64g氢氧化钠溶于8ml蒸馏水中，充分溶解，配制成2mol/l的氢氧化钠溶液，将氢氧化钠溶液注入容器b2；

(3)在不断搅拌的情况下，向容器a1中缓慢滴加氨水，有黄褐色沉淀生成，继续滴加氨水，黄褐色沉淀消失，溶液变透明，具体反应为：

硝酸银和过量氨水反应：先进行反应nh3.h2o+agno3＝agoh+nh4no3，然后进行反应：agoh+2nh3.h2o＝ag(nh3)2oh+2h2o；

(4)将容器a1中的液体和容器b2中的液体在不断搅拌的情况下同时注入盛有蒸馏水的容器c3；

(5)容器c3中的液体，在2000rpm的转速下反应，然后转入容器d4在200rpm的转速下继续反应30分钟后，静置12小时进行过滤，得到的沉淀为氧化银；

(6)将沉淀经过蒸馏水、无水乙醇进行水洗、醇洗后，在干燥箱内于58℃下干燥10小时，得到平均粒径为19-39纳米的氧化银粒子。

实施例4：

适用于实施例1-3所述光催化剂的制备方法的设备，包括第一立柱11，所述第一立柱11的左右两侧分别设置第一支撑板21、第二支撑22板，所述第一支撑板21、第二支撑22板远离第一立柱11的一端设置第四立柱14，所述第一立柱11的顶端设置第三支撑板23，所述第三支撑板23的两端均设置第二立柱12，所述第二立柱12的另一端与第一支撑板21或第二支撑22板连接，所述第三支撑板23远离立柱的一侧设置容器a1、容器b2，所述靠近立柱的一侧相对位于容器a1、容器b2之间设置支撑管5，所述支撑管5通过第一连接管51与容器a1、容器b2连通，所述支撑管5的底端设置容器c3，所述支撑管5内设置隔板6，所述第一搅拌器31的搅拌轴311与隔板6转动连接，所述隔板6内设置与第一搅拌器31的搅拌轴311相适应的通孔，所述第一搅拌器31的搅拌轴311通过通孔穿过隔板6。在容器a1将硝酸银溶液与络合剂反应，然后将反应后的溶液与氢氧化钠溶液同时注入容器c3。所述支撑管5相对位于容器c3的上方设置注水管52(如图3所示)，将容器a1中的液体和容器b2中的液体在不断搅拌的情况下同时注入容器c3时通过注水管52注入蒸馏水，进入空间增大的同时与水溶液混合，快速稀释，能够有利于实现浓度较高的情况下仍然实现低浓度反应。所述第三支撑板23上设置第一搅拌器31，所述第一搅拌器31的搅拌桨a312伸入容器c3，所述第一搅拌器31上设置若干个搅拌桨a312，所述搅拌桨a312轴向安装在搅拌轴311上，所述搅拌桨a312呈向上弯曲的弧形，将向下流动的液体，向上甩起有利于快速混合，也能增加混合的均匀度，使两种反应溶液充分接触，快速形成沉淀。所述容器c3为透明的球形容器，所述搅拌桨a312的长度由中间向两端逐渐减小与容器c3相适应，在容器c3中当第一搅拌器31运转时，大量体水溶液被注入容器c3的内腔快速混合、稀释，稀释后的溶液在容器c3内相遇，发生快速沉淀反应，可瞬间生成氧化银粒子。所述第二支撑22板上设置容器d4，所述容器d4的高度小于容器c3的高度。所述容器d4通过第二连接管53与容器c3连通，所述容器d4的底端设置出液管54，100-400rpm的转速下继续反应25-40分钟后，通过液管54将容器d4的液体放入其他容器进行静置。所述第二支撑22板的上方设置第四支撑板24，所述第四支撑板24上设置与第二搅拌器32，所述第二搅拌器32的搅拌桨b伸入容器d4，所述第三支撑板23的上方设置第五支撑板25，所述第五支撑板25通过第三立柱13与第三支撑板23连接，所述第五支撑板25上设置用于向容器a1加料的第一漏斗41、第二漏斗42以及用于向容器b2加料的第三漏斗43，所述第五支撑板25上还设置与第三搅拌器33，所述第三搅拌器33的搅拌桨c伸入容器a1，所述容器a1、容器b2、第一漏斗41、第二漏斗42、第三漏斗43、出液管54上均设置控制阀门7。