專利名稱：一種Ag₂S/Ag₃PO₄復合光催化劑的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于化學化工及環(huán)保工程技術領域，具體涉及一種Ag2SAg3PO4復合光催化劑的制備方法，該復合光催化劑用于降解有機污染物具有高于純磷酸銀的光催化活性。
背景技術：
半導體光催化技術可在室溫下直接利用太陽光將有機污染物氧化降解，或?qū)⑺纸庵茪洹Ｒ虼?，通過光催化方法，充分利用太陽光來降解有機污染物、分解水制氫，是解決目前環(huán)境污染和能源短缺問題的一條有利途徑。光催化劑的合理設計是決定光催化性能的核心因素，一般需要考慮兩個方面的問題(1)量子效率。光催化過程中的光生電子一空穴容易復合，這將導致光催化劑的量子效率顯著降低，從而使其光催化活性顯著降低。(2)光吸收區(qū)間。紫外光只占太陽光總能量的4%左右，而可見光則占太陽光總能量的46%左右。因 此，利用太陽能的關鍵在于利用太陽光中的可見光。從而，高效的可見光催化劑在當今環(huán)境保護和能源利用領域具有重要的應用前景。2010年文獻首次報道，Ag3PO4半導體作為一種新型的具有高量子效率的可見光催化劑，其降解有機污染物的活性遠高于BiV04、AgBr, AgI和N摻雜TiO2等常見的可見光催化齊U。因此，Ag3PO4光催化劑引起了人們極大的研究興趣。然而，將Ag3PCU^可見光催化活性進一步提高以獲得更高性能的光催化劑具有較大的挑戰(zhàn)性。前人研究結果表明，選擇能帶結構匹配的兩種半導體，將光催化劑設計成復合半導體的形式，可使光催化過程中的光生電子和空穴分別流向不同的半導體，從而使光生電子一空穴在空間上得以有效分離，籍此提聞光催化活性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種通過對Ag3PO4進行摻雜，制備比純Ag3PO4光催化活性更高的Ag2S/Ag3P04新型復合可見光催化劑的方法。本發(fā)明方法包括如下順序的步驟
(I )Ag3P04光催化劑的制備在室溫下，將AgNO3水溶液、氨水、NaH2PO4水溶液一起攪拌，將得到的產(chǎn)物洗滌、干燥后，即得Ag3PO4光催化劑；
(2)Ag2S/Ag3P04復合光催化劑的制備在室溫下，按照一定的S/P摩爾比，將步驟(I)所得Ag3PO4置于Na2S水溶液中攪拌，將得到的產(chǎn)物洗滌、干燥后，再在一定的溫度下焙燒，所得產(chǎn)物即為Ag2SAg3PO4復合光催化劑。更具體地說，步驟(2)中，所述初始原料中的S/P摩爾比的范圍為O. 05 - O. 40，焙燒溫度的范圍為250 — 350 °C。本發(fā)明通過離子交換的方法在Ag3PO4表面摻雜Ag2S,再進行焙燒，得到一系列新型的Ag2SAg3PO4復合可見光催化劑，在將其應用于羅丹明B的光催化降解研究中發(fā)現(xiàn)，通過對初始原料的S/P摩爾比及焙燒溫度的簡單調(diào)控，可使復合光催化劑獲得比純Ag3PO4明顯要高的光催化活性。本發(fā)明提供的這種用于提高Ag3PO4光催化活性的方法具有簡單方便、易于操作的特點。本發(fā)明所得的這種Ag2SAg3PO4可見光催化劑至今未見專利和文獻報道，這種新型的可見光催化劑在有機污染物氧化降解、水分解制氫等領域有著潛在的應用前景。


圖I 為 Ag2S/Ag3P04、Ag3PO4 光催化劑的 XRD 圖。圖2 為 Ag2S/Ag3P04、Ag3PO4 光催化劑的 UV-Vis DRS 圖。圖3 為 Ag2S/Ag3P04、Ag3PO4 光催化劑的 SEM 圖。圖4為Ag2S/Ag3P04、Ag3PO4,Ag2S光催化劑的活性結果圖；其中，C0為光催化劑加入前羅丹明B的初始濃度，即8. O mg/L，C為光催化過程中任一時刻下羅丹明B的濃度。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述。(I) Ag3PO4光催化劑的制備過程如下
在室溫下，將AgNO3水溶液、氨水、NaH2PO4水溶液一起攪拌，再將得到的產(chǎn)物洗滌、干燥，取出一部分產(chǎn)物，將其在不同的溫度下焙燒，未焙燒和焙燒后的產(chǎn)物統(tǒng)稱為Ag3PO4光催化劑，Ag3PO4光催化劑留待實驗備用。(2) Ag2S光催化劑的制備過程如下
在室溫下，將AgNO3水溶液、Na2S水溶液一起攪拌，再將得到的產(chǎn)物洗滌、干燥，取出一部分產(chǎn)物，將其在不同的溫度下焙燒，未焙燒和焙燒后的產(chǎn)物統(tǒng)稱為Ag2S光催化劑，Ag2S光催化劑留待實驗備用。(3)本發(fā)明的Ag2S/Ag3P04復合光催化劑的制備過程如下
在室溫下，將Ag3PO4置于Na2S水溶液中攪拌，再將得到的產(chǎn)物洗滌、干燥，取出一部分產(chǎn)物，將其在不同的溫度下焙燒，未焙燒和焙燒后的產(chǎn)物統(tǒng)稱為Ag2SAg3PO4光催化劑。(4)光催化劑的表征
通過X-射線粉末衍射(XRD)實驗表征光催化劑的晶相如圖I所示，通過紫外-可見漫反射光譜(UV-Vis DRS)實驗表征光催化劑的光吸收區(qū)間如圖2所示，通過掃描電鏡(SEM)實驗表征光催化劑的形貌和顆粒大小如圖3所示。(5)光催化活性的評價
在室溫下，以羅丹明B為底物，用波長大于420 nm的可見光進行照射，評價光催化劑降解羅丹明B的活性如圖4所示。結果表明，當初始原料的S/P摩爾比在O. 05 - O. 40范圍內(nèi)，焙燒溫度在250 - 350 °C范圍內(nèi)時，所得Ag2SAg3PO4的光催化活性高于相同溫度下得至IJ的純Ag3PO4Ji Ag2S,以及未經(jīng)焙燒的Ag3P04。下面是制備本發(fā)明Ag2SAg3PO4復合光催化劑的具體實施例，以下實施例旨在說明本發(fā)明而不是對本發(fā)明的進一步限定。在初始原料的S/P摩爾比為O. 20的前提下，將O. 30 g制備好且未經(jīng)焙燒的Ag3PO4置于O. 10mol/L的Na2S水溶液中，攪拌24小時后，將所得產(chǎn)物洗滌、干燥，并將產(chǎn)物分別在250,350 °C下焙燒6小時，得到Ag2SAg3PO4光催化劑，其晶相、光吸收區(qū)間、形貌和顆粒大小的表征結果分別如圖I、圖2和圖3所示。將所得Ag2SAg3PO4光催化劑以羅丹明B為降解底物，進行光催化活性評價，并將其活性結果與純Ag3PO4和純Ag2S對比。由圖4可見，在250或350 °C下焙燒得到的Ag2SAg3PO4在30分鐘以內(nèi)將羅丹明B完全降解，而其它光催化劑完全降解羅丹明B所需時間都超過30分鐘。因此，在250或350 °C下焙燒得到的Ag2S/Ag3PO4的光催化活性高于相同溫度下得到的純Ag3PO4Jife Ag2S，以及未經(jīng)焙燒的Ag3PO415光催化活性測試的條件如下
光催化反應溫度25 0C ；
底物羅丹明B (水溶液)；
底物溶液的濃度8. O mg/L ；
底物溶液的用量100 mL； 反應器的大小和規(guī)格(用于盛裝羅丹明B溶液和催化劑)500 mL的敞口燒杯，燒杯口 覆蓋420 nm的帶通濾波片，將輻照光中波長低于420 nm的光濾去；
輻照光源型號和規(guī)格500 W氙燈(上海奧佳電子有限公司生產(chǎn))；
輻照光源與反應器的相對位置和距離反應器置于氙燈正下方，燒杯口與燈管中心之間的距離為18厘米。
權利要求
1.一種Ag2SAg3PO4復合光催化劑的制備方法，其特征在于包括如下順序的步驟 (I )Ag3P04光催化劑的制備在室溫下，將AgNO3水溶液、氨水、NaH2PO4水溶液一起攪拌，將得到的產(chǎn)物洗滌、干燥后，即得Ag3PO4光催化劑； (2)Ag2S/Ag3P04復合光催化劑的制備在室溫下，按照一定的S/P摩爾比，將步驟(I)所得Ag3PO4置于Na2S水溶液中攪拌，將得到的產(chǎn)物洗滌、干燥后，再在一定的溫度下焙燒，所得產(chǎn)物即為Ag2SAg3PO4復合光催化劑。
2.根據(jù)權利要求I所述的Ag2SAg3PO4復合光催化劑的制備方法，其特征在于步驟(2)中，所述初始原料中的S/P摩爾比的范圍為O. 05 - O. 40，焙燒溫度的范圍為250 — 350O。
全文摘要
本發(fā)明屬于化學化工及環(huán)保工程技術領域，具體涉及一種Ag2S/Ag3PO4復合光催化劑的制備方法。本發(fā)明的技術要點是，在室溫下，按照一定的S/P摩爾比，將Ag3PO4置于Na2S水溶液中攪拌，將得到的產(chǎn)物洗滌、干燥后，再在一定的溫度下焙燒，所得產(chǎn)物即為Ag2S/Ag3PO4復合光催化劑。本發(fā)明通過離子交換的方法在Ag3PO4表面摻雜Ag2S，再進行焙燒，得到一系列新型的Ag2S/Ag3PO4復合光催化劑，在將其應用于羅丹明B的光催化降解研究中發(fā)現(xiàn)，通過對初始原料的S/P摩爾比及焙燒溫度的簡單調(diào)控，可使復合光催化劑獲得比純Ag3PO4明顯要高的光催化活性。
文檔編號B01J27/18GK102824921SQ20121030843
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月28日 優(yōu)先權日2012年8月28日
發(fā)明者湯建庭, 龔維, 鄧謙, 蔡鐵軍, 彭振山, 謝濤 申請人:湖南科技大學