一種Ag/AgCl負(fù)載磷酸鎳鈉復(fù)合光催化材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種Ag/AgCl負(fù)載磷酸鎳鈉復(fù)合光催化材料及其制備方法和應(yīng)用，特別適用于降解有機(jī)污染物，屬于無(wú)機(jī)光催化材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]21世紀(jì)以來(lái)，隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展，在人們的生活水平得到不斷提高的同時(shí)，與之帶來(lái)的負(fù)面影響也不斷，如水資源的浪費(fèi)和污染，使人們不得不重視這個(gè)問(wèn)題，因此水體污染的控制成為人們迫切需要解決的問(wèn)題之一。
[0003]光催化反應(yīng)是光、催化劑和物質(zhì)之間同時(shí)存在，相互作用，從而發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，其核心是光催化材料。它的催化機(jī)理是催化劑受到大于禁帶寬度的光照射后，位于價(jià)帶上的電子就會(huì)躍迀到導(dǎo)帶，在價(jià)帶上形成光生空穴，從而在光催化劑內(nèi)部形成光生電子空穴對(duì)。這些產(chǎn)生的電子空穴對(duì)會(huì)在光催化劑表面與其他物質(zhì)反應(yīng)形成羥基自由基或者其他氧化性強(qiáng)的物質(zhì)，進(jìn)而氧化空氣或者水中的有機(jī)污染物，從而達(dá)到降解有機(jī)物的目的。作為一種綠色的環(huán)境治理技術(shù)，光催化憑著操作簡(jiǎn)單、對(duì)有機(jī)物的降解沒(méi)有選擇性、反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)速率快、可以使反應(yīng)物完全礦化等優(yōu)點(diǎn)而得到越來(lái)越多的關(guān)注，成為人們競(jìng)相研究的熱點(diǎn)之一。
[0004]雖然光催化技術(shù)有著許多顯著的優(yōu)點(diǎn)，在降解水中有機(jī)物中具有很好的應(yīng)用前景，不過(guò)目前光催化技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的程度并不是很高，主要是因?yàn)槟壳把芯康墓獯呋瘎┰诳梢?jiàn)光下的催化效率不高，如先前研究的光催化劑主要集中于打02光催化劑，其只能在紫外光下具有光催化活性，盡管通過(guò)對(duì)Ti02光催化劑的改性使得其在可見(jiàn)光下具有一定的活性，但是光子效率仍然較低，且不能進(jìn)行二次回收利用。因此尋找一種成本低，安全無(wú)毒，穩(wěn)定性能好且易回收的光催化材料仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
[0005]自葉金花課題組發(fā)現(xiàn)了具有高效降解能力的Ag3P04催化劑以來(lái)，人們對(duì)磷酸銀的性能和改性進(jìn)行了一系列的研究。如專利CN 103464185 A報(bào)道的三種不同的磷酸銀光催化劑，以及專利CN 103599801 A報(bào)道的以磷酸銀為基復(fù)合的光催化劑，它們?cè)谧贤夤?、可?jiàn)光或自然光的激發(fā)下都具有很好的光催化性能，加上磷酸鹽基質(zhì)在紫外區(qū)有較強(qiáng)的吸收可以很好的吸收能量。以此為啟發(fā)，我們欲研究了一種Ag/AgCl負(fù)載磷酸鎳鈉復(fù)合光催化材料，且目前尚無(wú)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)上述現(xiàn)存的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種Ag/AgCl負(fù)載磷酸鎳鈉復(fù)合光催化材料及其制備方法和應(yīng)用，該類化合物不僅具有優(yōu)異的紫外光、可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化性能，且制備方法簡(jiǎn)單，成本低廉，具有很好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種Ag/AgCl負(fù)載磷酸鎳鈉復(fù)合光催化材料，基底材料的化學(xué)式為Na4Ni3P4015，該基底材料表面負(fù)載顆粒Ag和AgCl。 本發(fā)明又提供一種上Ag/AgCl負(fù)載磷酸鎳鈉復(fù)合光催化材料的制備方法，包括如下具體步驟:
(I )將基底材料他4附孑4015融入去離子水中，超聲處理10分鐘；然后與AgNO 3溶液混合，超聲處理10分鐘，攪拌10分鐘；接著將HC1溶液緩慢加入上述混合液中，超聲處理10分鐘，攪拌20分鐘，即生成AgCl/Na4Ni3P4015;
(II)用紫外燈輻照AgCl/Na4Ni3P4015混合液30分鐘，部分AgCl還原為Ag°；
(III)將還原后的混合液水洗、過(guò)濾三次，80°C下烘干，即得到Ag/AgCl/Na4Ni3P4015復(fù)合光催化材料。
[0008]并且，上述基底材料他4祖#4015采用高溫固相法或化學(xué)溶液法制備。進(jìn)一步，所述的基底材料Na4Ni3P4015采用高溫固相法制得，包括如下具體步驟:
(1)按化學(xué)式Na4Ni3P4015中各元素的化學(xué)計(jì)量比，分別稱取含Na+、含Ni2和含P 5+的化合物為原料，研磨后混合均勻；
(2)將步驟(1)得到的混合物在空氣氣氛下進(jìn)行預(yù)煅燒，預(yù)煅燒溫度為200-600°C，煅燒時(shí)間為4-20小時(shí)，自然冷卻后，研磨并混合均勻；
(3)將步驟(2)得到的混合物在空氣氣氛中煅燒，煅燒溫度為600-1000°C，煅燒時(shí)間為5-20小時(shí)，自然冷卻并研磨，即得到基底材料Na4Ni3P4015。
[0009]其中:所述的含Na+的化合物為碳酸鈉、碳酸氫鈉、氧化鈉、硝酸鈉、磷酸鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉中的一種；所述的含Ni2+的化合物為氧化鎳、三氧化二鎳、堿式碳酸鎳、硝酸鎳、氫氧化鎳中的一種；所述的含P5+的化合物為五氧化二磷、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、磷酸二氫鈉、磷酸中的一種。
[0010]優(yōu)選的，步驟(2)所述的煅燒溫度為250-600 °C，煅燒時(shí)間為5_18小時(shí)；步驟(3)所述的煅燒溫度為700-1000°C，煅燒時(shí)間為6-16小時(shí)。
[0011]進(jìn)一步，所述的基底材料他4附仏015采用化學(xué)溶液法制得，包括如下具體步驟:
(A)按化學(xué)式Na4Ni3P4015中各元素的化學(xué)計(jì)量比，分別稱取含Na+、含Ni2+和含P 5+的化合物為原料；
(B)將含Na+的化合物溶于去離子水或稀硝酸中，加熱攪拌，直至完全溶解，加入絡(luò)合劑，得到A溶液；將含Ni2+的化合物，溶于去離子水或稀硝酸中，加熱攪拌，直至完全溶解，加入絡(luò)合劑，得到B溶液；將含P5+的化合物，溶于去離子水或稀硝酸中，加熱攪拌，直至完全溶解，得到C溶液；然后將A、B、C溶液混合，并攪拌均勻；
(C)將步驟(B)得到的混合溶液放置在烘箱中，溫度為50-100°C，時(shí)間為12小時(shí)，陳化并烘干；自然冷卻后，取出前驅(qū)體，在空氣氣氛中進(jìn)行煅燒，煅燒溫度為600-900°C，煅燒時(shí)間為5-20小時(shí)，自然冷卻后，研磨均勻，即得到基底材料Na4Ni3P4015。
[0012]其中:所述的含Na+的化合物為碳酸鈉、碳酸氫鈉、氧化鈉、硝酸鈉、磷酸鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉中的一種；所述的含Ni2+的化合物為氧化鎳、三氧化二鎳、堿式碳酸鎳、硝酸鎳、氫氧化鎳中的一種；所述的含P5+的化合物為五氧化二磷、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、磷酸二氫鈉、磷酸中的一種；所述絡(luò)合劑為檸檬酸、草酸中的一種。
[0013]優(yōu)選的，步驟(C)的煅燒溫度為650-900°C，煅燒時(shí)間為7_18小時(shí)。
[0014]本發(fā)明還提供一種上述Ag/AgCl負(fù)載磷酸鎳鈉復(fù)合光催化材料作為無(wú)機(jī)光催化材料的應(yīng)用，該光催化材料顆粒度均勻、化學(xué)穩(wěn)定性好，具有較好的光催化效應(yīng)，且制備方法操作簡(jiǎn)單易行，生產(chǎn)成本低，便于工業(yè)化生產(chǎn)，能夠很好的降解有機(jī)污染物，是一種理想的光催化劑材料
與現(xiàn)有技術(shù)方案相比，本發(fā)明技術(shù)方案制備的Ag/AgCl負(fù)載磷酸鎳鈉復(fù)合光催化材料不僅具有優(yōu)異的紫外光、可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化性能，而且還具有如下技術(shù)優(yōu)點(diǎn):
1、制備基底材料Na4Ni3P4015光催化劑所用原料價(jià)格便宜，成本低廉，且方法簡(jiǎn)單，用化學(xué)法得到的光催化劑具有較好的形貌結(jié)構(gòu)和均勻的顆粒尺寸，便于推廣使用。
[0015]2、制備的Ag/AgCl負(fù)載Na4Ni3P4015光催化材料在紫外光和可見(jiàn)光范圍內(nèi)均有很好的吸收，因此在紫外光和可見(jiàn)光的照射下，Na4Ni3P4015*催化劑能夠高效的催化降解亞甲基藍(lán)，具有良好的光催化活性。
[0016]3、以磷酸鎳鈉為基底的復(fù)合光催化劑Ag/AgCl/Na4Ni3P4015具有良好的穩(wěn)定性，且對(duì)環(huán)境無(wú)污染，無(wú)廢氣廢液排放，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所制得樣品的X射線粉末衍射圖譜；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例1所制得樣品的SEM (掃描電子顯微鏡)圖譜；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例1所制得樣品的反射圖譜；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例1所制得樣品在光照時(shí)對(duì)有機(jī)染料亞甲基藍(lán)降解的濃度變化曲線圖；
圖5為本發(fā)明實(shí)施例1所制得樣品降解亞甲基藍(lán)的動(dòng)力學(xué)曲線圖；
圖6為本發(fā)明實(shí)施例1所制得樣品在光照下對(duì)亞甲基藍(lán)降解的吸光度圖；
圖7為本發(fā)明實(shí)施例5所制得樣品的X射線粉末衍射圖譜；
圖8為本發(fā)明實(shí)施例5所制得樣品的SEM (掃描電子顯微鏡)圖譜；
圖9為本發(fā)明實(shí)施例5所制得樣品的反射圖譜；
圖10為本發(fā)明實(shí)施例5所制得的樣品在光照時(shí)對(duì)有機(jī)染料亞甲基藍(lán)降解的濃度變化曲線圖；
圖11為本發(fā)明實(shí)施例5所制得的樣品降解亞甲基藍(lán)的動(dòng)力學(xué)曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實(shí)