復(fù)合光催化劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復(fù)合可見(jiàn)光催化劑領(lǐng)域,涉及一種納米銀/鐵酸鉍復(fù)合光催化劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類(lèi)科技與經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,環(huán)境污染日趨嚴(yán)重,特別是人類(lèi)賴(lài)以生存的空氣和水資源的污染問(wèn)題倍受關(guān)注。而環(huán)境污染的消除需要消耗大量的能源,這給日益嚴(yán)重的能源問(wèn)題提出嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。半導(dǎo)體光催化技術(shù)可以直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能或氫能,并且其室溫深度反應(yīng)可以有效地將有機(jī)污染物分解而不產(chǎn)生二次污染,是有效解決環(huán)境污染問(wèn)題且不需要消耗固有能源的理想途徑。半導(dǎo)體光催化材料具有氧化分解有機(jī)污染物使其礦化為CO2和H2O,還原重金屬離子,除臭、防腐、殺菌等多方面功能己被廣泛應(yīng)用于污水處理、空氣凈化等領(lǐng)域。
[0003]8丨?603具有三方扭曲的鈣鈦礦結(jié)構(gòu),能與一些其它的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的化合物形成具有優(yōu)良鐵電、磁性能的固溶體。1957年Royen和Swars首次合成了這種多鐵性材料。半個(gè)世紀(jì)以來(lái),關(guān)于BiFeO3研宄,主要集中在純相BiFeO 3的制備方法及其鐵電、反磁性能研宄上。實(shí)際上,BiFeO3具有較窄的能帶間隙(2.0-2.8 eV),對(duì)紫外一可見(jiàn)光均有吸收以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性,同時(shí),因其具有磁性便于回收,是一種具有較好應(yīng)用前景的光催化劑。但是,在可見(jiàn)光區(qū)的光催化效率不高。利用半導(dǎo)體納米晶的表面等離子體共振效應(yīng)(LSPR)產(chǎn)生可見(jiàn)光吸收是擴(kuò)寬半導(dǎo)體對(duì)太陽(yáng)光吸收范圍的有效途徑。因此,利用納米貴金屬銀修飾鐵酸鉍,增強(qiáng)可見(jiàn)光吸收,進(jìn)一步提高其可見(jiàn)光光催化性能,高效降解有機(jī)污染物,對(duì)于環(huán)境治理、有效提高太陽(yáng)光利用率和節(jié)約能源具有重要的意義。此外,由于81?603具有磁性,方便回收和再利用,對(duì)于鐵酸鉍光催化劑的實(shí)用化具有重要的意義。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是提供一種可見(jiàn)光催化劑納米銀/鐵酸鉍復(fù)合材料的制備方法,該制備方法所合成的鐵酸鉍復(fù)合光催化劑,在可見(jiàn)光范圍具有較高的光催化活性,可高效降解有機(jī)污染物,在環(huán)境治理、污水處理領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。另外,該制備方法,工藝簡(jiǎn)單,環(huán)境友好,易于操作;所得催化劑具有磁性,便于回收與再利用。
[0005]具體步驟為:
(I)將摩爾比為1:1的分析純Bi (NO 3) 3.5H20和分析純Fe (NO3) 3.9H20溶解到20mL質(zhì)量百分比濃度為65%~68%的硝酸或醋酸中,磁力攪拌使其完全溶解,再加入1g的螯合劑檸檬酸;混合溶液在50°C攪拌I小時(shí)形成溶膠,溶膠在150°C的烤箱里放置2~3小時(shí)得到干凝膠,然后置于馬弗爐中,在550°C下煅燒3小時(shí),得到BiFeO3粉體。
[0006](2)稱(chēng)取1.88g有機(jī)聚合物還原劑,溶于裝有8mL蒸餾水的20mL小瓶中,在60~95°C下進(jìn)行磁力攪拌,待聚合物完全溶解后,加入1.5mmol步驟(I)制得的81?603粉體,磁力攪拌20分鐘,然后,迅速加入3mL濃度為0.01mol/L~0.06mol/L的AgNO3溶液,在60~95°C下反應(yīng)2小時(shí),反應(yīng)結(jié)束;取出產(chǎn)物,用去離子水離心、洗滌3次,干燥,得到Ag/81?603復(fù)合光催化劑。
[0007]所述有機(jī)聚合物還原劑為聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇和聚乙二醇中的一種。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:
(I)本法在制備復(fù)合光催化劑時(shí),使用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)或聚乙二醇(PEG)中的一種,代替硼氫化鈉還原硝酸銀,在鐵酸鉍表面負(fù)載納米銀,負(fù)載量大,分布均勻,利用其等離子共振效應(yīng),有利于提高光催化活性。
[0009](2)本發(fā)明制備的合光催化劑,與鐵酸鉍相比,其可見(jiàn)光吸收明顯增強(qiáng),光催化效率明顯提高,在可見(jiàn)光范圍能高效地降解有機(jī)污染物,在污水處理、環(huán)境處理方面有廣泛的應(yīng)用前景。
[0010](3)本發(fā)明制備的48作1?603復(fù)合光催化劑具有一定的磁性,便于回收和再利用,對(duì)于鐵酸鉍型光催化劑的推廣應(yīng)用具有重要意義。
[0011](4)制備工藝條件簡(jiǎn)單,可操作性強(qiáng),可推廣到其他貴金屬/半導(dǎo)體復(fù)合光催化劑的制備。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制備的Ag/BiFe03復(fù)合光催化劑與鐵酸鉍的X射線衍射圖,圖中制備條件AgNO3和BiFeO3的摩爾比分別為(b) 1:50, (c) 1:30, (d) 1:15, BiFeO 3?550 °C煅燒所制備。
[0013]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制備的Ag/BiFe03復(fù)合光催化劑的形貌表征圖;其中:a是本發(fā)明實(shí)施例1制備的Ag/BiFe03復(fù)合光催化劑的掃描電鏡(SEM)圖山是本發(fā)明實(shí)施例1制備的Ag/BiFe03復(fù)合光催化劑的透射電鏡(TEM)圖。
[0014]圖3是本發(fā)明實(shí)施例1制備的BiFeOjP Ag/BiFeO 3復(fù)合光催化劑的紫外-可見(jiàn)漫反射光譜圖,圖中(a)為鐵酸鉍,(b,c,d,e)為納米銀/鐵酸鉍復(fù)合物,其中,制備復(fù)合物時(shí) AgNO3 和 BiFeO3的摩爾比分別為(b) 1:50, (c) 1:30, (d) 1:15,(e) 1:10
圖4是本發(fā)明實(shí)施例1制備的BiFeOjP Ag/BiFeO 3復(fù)合光催化劑,在可見(jiàn)光照射下,光催化降解有機(jī)染料甲基橙的示意圖,圖中曲線所對(duì)應(yīng)的光催化劑分別為(a) BiFeO3,(b)N-T12, (c,d,e,f)為Ag/BiFe03復(fù)合光催化劑,其中,制備復(fù)合物時(shí)AgNO 3和8丨?603的摩爾比分別為(c) 1:50, (d) 1:30, (e) 1:15,(f) 1:10。
[0015]圖5是本發(fā)明實(shí)施例1制備的Ag/BiFe03復(fù)合光催化劑的再生實(shí)驗(yàn)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例1:
(I)將摩爾比為1:1的分析純Bi (NO 3)3.5Η2 O和分析純Fe (NO3)3.9Η2 O溶解到20mL質(zhì)量百分比濃度為68%的醋酸中,磁力攪拌使其完全溶解,再加入1g的螯合劑檸檬酸,混合溶液在50°C攪拌I小時(shí)形成溶膠,溶膠在150°C的烤箱里放置3小時(shí)得到干凝膠,然后置于馬弗爐中,在550°C下煅燒3小時(shí),得到BiFeO3粉體。
[0017](2)稱(chēng)取1.88g聚乙烯吡咯烷酮,溶于裝有8mL蒸餾水的20mL小瓶中,在60°C下進(jìn)行磁力攪拌,待聚乙烯吡咯烷酮完全溶解后,加入1.5mmol步驟(I)所制備的8丨?603粉體,磁力攪拌20分鐘,然后分別加入3mL濃度分別為0.01mol/L、0.016mol/L、0.03mol/L、0.0