一種基于Cu和Ag的新型光催化材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新型光催化材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于Cu和Ag的新型光催化材料 CuxAg(1_x)/(CuyAg(1_y))20/Ag3P04/Ti02及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)的發(fā)展，人類本已有限的水資源受到日益嚴(yán)重的污染，清除水體中的有毒有害化學(xué)物質(zhì)，如鹵代烴、農(nóng)藥、表面活性劑等成為環(huán)保領(lǐng)域的一項(xiàng)重要工作。根據(jù)污染物在處理過程中的變化特征，可將廢水處理分為3種類型，即分離處理、轉(zhuǎn)化處理和稀釋處理。分離處理只是將污染物從一種相轉(zhuǎn)移到另一相，不能使污染物得到徹底分解或無害化，有的方法還存在著二次污染的問題。稀釋處理只是通過稀釋廢水來減輕水體的污染，既未把污染物分離，也不會改變污染物的化學(xué)性質(zhì)。轉(zhuǎn)化處理則是通過化學(xué)的或生化的作用改變污染物的化學(xué)本性，使其轉(zhuǎn)化為無害的或可分離的物質(zhì)。隨著環(huán)保技術(shù)的發(fā)展和對水體質(zhì)量要求的提高，轉(zhuǎn)化處理日益受到重視。但目前的轉(zhuǎn)化處理方法大多是針對排放量大、濃度較高的污染物，對于水體中濃度較低、難以轉(zhuǎn)化的優(yōu)先污染物的凈化還無能為力。而近20年來逐漸發(fā)展起來的光催化降解技術(shù)卻為這一問題的解決提供了良好的途徑。Matthews等人曾對水中34種有機(jī)污染物的光催化分解進(jìn)行了系統(tǒng)的研宄，結(jié)果表明光催化氧化法可將水中的烴類、齒代物、羥酸、表面活性劑、染料、含氮有機(jī)物、有機(jī)磷殺蟲劑等較快地完全氧化為0)2和H2O等無害物質(zhì)。光催化降解技術(shù)具有常溫常壓下就可進(jìn)行，能徹底破壞有機(jī)物，沒有二次污染且費(fèi)用不太高等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]但由于1102的能帶帶隙較寬(3.2eV)，只能吸收波長較短的紫外光，致使它對太陽光的利用率很低，且光激發(fā)T12等半導(dǎo)體材料產(chǎn)生的電子易與空穴復(fù)合，導(dǎo)致光量子效率降低，因此影響了 T12等半導(dǎo)體材料的催化性能。提高1102等半導(dǎo)體材料在可見光區(qū)的光活性，抑制電子與空穴的復(fù)合是提高催化劑效率的關(guān)鍵步驟。近年來，人們試圖通過金屬摻雜、非金屬摻雜、金屬和非金屬共摻雜、半導(dǎo)體復(fù)合和染料光敏化等手段，拓展等半導(dǎo)體材料的光響應(yīng)范圍，抑制電子與空穴的復(fù)合，從而提高T12及其復(fù)合物的光催化活性。因此獲得一種催化性能優(yōu)異、可見光活性較好的光催化材料仍然是一個挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有良好的光催化效果的CuxAg (1_x)/ (CuyAg (1_y)) 20/Ag3P04/Ti(Vff 型光催化材料及制備方法。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種基于Cu和Ag的新型光催化材料，該材料為 CuxAg(1_x)/(CuyAg(1_y))20/Ag3P04/T12，其中，0〈x，y 彡 1，該材料是在 T12納米線上修飾CuxAg(1_x)、(CuyAg(1_y))20納米粒子和團(tuán)狀A(yù)g3PCVi^1J，其中，Cu xAg(1_x)顆粒的直徑為10-50nm，(CuyAg(1_y)) 20 顆粒的直徑為 5_20nm，團(tuán)狀 Ag3PO^直徑為 50_200nm。
[0006]—種CuxAg(1_x)/(CuyAg(1_y))20/Ag3P04/Ti0^型光催化材料的制備方法，包括以下步驟:
[0007](I)在鈦片表面制備1102納米線。
[0008]⑵了叫納米線負(fù)載⑶^^納米顆?！唧w為:
[0009](2.1)將Ig葡萄糖和0.5gPVP溶于25mL去離子水，然后將步驟I處理后的鈦片置于溶液中，再向溶液中加入1mL的0.lmol/L的Cu (NO3)2，繼續(xù)攪拌0.5h ;然后將混合溶液和鈦片轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，60-120°C反應(yīng)0.2-3h，取出反應(yīng)后的鈦片，沖洗后于60°C烘箱中干燥lh，得到表面修飾Cu納米顆粒的T12納米線；
[0010](2.2)將銀氨溶液與無水乙醇等體積混合均勻，然后將步驟2.1處理后的鈦片置于將銀氨溶液與無水乙醇的混合溶液中，70°C恒溫磁力攪拌lh，得到CuxAg(1_x)納米顆粒包覆的 Ti02m米線，即 Cu xAg(1_x)/Ti02;
[0011]⑶CuxAg(1_x)納米顆粒包覆的T12納米線負(fù)載(CuyAg(1_y))20納米顆粒，具體為:
[0012](3.1)將1mL的0.lmol/L的Cu (NO3)2溶液與80mL無水乙醇混合均勻，然后將步驟2處理后的鈦片置于Cu (NO3) 2和無水乙醇的混合溶液中，在攪拌條件下反應(yīng)2小時后，取出鈦片，將鈦片干燥后在350°C下煅燒2-3h后，冷卻至室溫，得到CuxAg(1_x)/Cu20/T12;
[0013](3.2)將0.5mol/L的NaOH溶液滴入30mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的雙氧水中，使PH值達(dá)到9?10，將步驟3.1處理后的鈦片置于其中，15min后，取出反應(yīng)物，得到CuxAg(1_x)/(CuyAg (1_y))20/Ti 02；
[0014](4)配置0.03mol/L的AgNO3溶液和0.03mol/L的NaH 2P04溶液，將步驟3處理后的鈦片依次在AgNO3溶液中浸沒30min、在NaH 2P04溶液中浸沒5min，循環(huán)浸沒3次，得到CuxAg(1_x)/ (CuyAg(1_y)) 0/Ag3P04/Ti02 新型光催化材料。
[0015]本發(fā)明具有以下技術(shù)效果:
[0016](I)原料易得，制備過程簡單，重復(fù)率高，適合工業(yè)生產(chǎn)。
[0017](2)通過負(fù)載CuxAg(1_x)、(CuyAg(1_y))20、Ag3P04等多種粒子，可以有效抑制電子與空穴的復(fù)合，從而提尚T12及其復(fù)合物的光催化性能。
[0018](3)在(CuyAg(1_y))20、Ag3PO4等窄帶隙半導(dǎo)體上激發(fā)的電子能轉(zhuǎn)移到1102上，使得光生載流子易于分離，從而顯著提高1102的可見光光催化活性。
【附圖說明】
[0019]圖1中A-D是不同條件下產(chǎn)物掃描電子顯微鏡(SEM)圖，圖中，A是Ti02、B是CuxAg(h)/T12、C 是 CuxAgu_x)/ (CuyAgQ-y))20/Ti02、D 是 CuxAgu_x)/ (CuyAg(1_y)) 20/Ag3PO4/T12；
[0020]圖2中A-D是不同條件下產(chǎn)物的透射電子顯微鏡(TEM)圖，圖中，A是T12, B是CuxAgu_x)/Ti02，C 是 CuxAgu_x)/ (CuyAg(卜y))20/Ti02，D 是 CuxAgu_x)/ (CuyAg(1_y)) 20/Ag3PO4/T12；
[0021]圖3是不同催化劑隨著反應(yīng)時間的增加亞甲基藍(lán)的濃度變化(C/Q)圖:圖A是 T12,圖 B 是 CuxAg(H)/T12,圖 C 是 CuxAgaV (CuyAg(1_y))20/T12，圖 D 是 CuxAg(1_x)/(CuyAg (1_y)) 20/Ag3PO4/T i O2 ο
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明一種CuxAg(1_x)/(CuyAg(1_y))20/Ag3P04/Ti(Vff?光催化材料，0〈x，y 彡 1，該材料是在T12納米線上修飾CuxAg(1_x)、(CuyAg(1_y))20納米粒子和團(tuán)狀A(yù)g3PCVi^1J，其中，CuxAg(1_x)顆粒的直徑為10-50nm，(Cu yAg(1_y))20顆粒的直徑為5_20nm，團(tuán)狀A(yù)g3PO^直徑為50_200nm。
[0023]一種CuxAg(1_x)/(CuyAg(1_y))20/Ag3P04/Ti0^型光催化材料的制備方法，包括以下步驟:
[0024](I)納米1102因其具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無毒、吸收紫外線能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，常被用作光催化材料。本發(fā)明首先在鈦片表面制備1102納米線；該制備方法可以為:將
2.5cmX2.5cm的鈦片放入丙酮中，超聲處理15min，再用去離子水超聲5min。將處理好的鈦片放入聚四氟乙稀的水熱反應(yīng)釜中，加入2mol/L的NaOH溶液約1mL使沒過鈦片，密封水熱反應(yīng)釜置于烘箱中，240°C恒溫加熱12h。反應(yīng)完畢后，自然冷卻至室溫，將反應(yīng)物取出，用去離子水清洗得到1102納米線。制備得到的T12納米線如圖1A和2A所示。
[0025](。!!!'叫納米線負(fù)載⑶^^納米顆粒’具體為:
[0026](2.1)取Ig葡萄糖和0.5gPVP加入25mL的去離子水，在室溫下磁力攪拌3h，將步驟I處理后的鈦片(表面生長T12納米線的鈦片)放到溶液中