專利名稱：一種可見光催化劑及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化學(xué)化工及環(huán)保工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可見光催化劑及其制備方法與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體光催化技術(shù)可在室溫下直接利用太陽光將有機(jī)污染物氧化降解。因此，通過光催化方法，充分利用太陽光來降解有機(jī)污染物，是解決目前環(huán)境污染問題的一條有效途徑。光催化劑的合理設(shè)計是決定光催化性能的核心因素，一般需要考慮以下幾個方面的問題(I)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(guān)鍵在于利用太陽光中的可見光。(2)氧化或還原能力。光催化劑強(qiáng)的氧化或還原能力是其高活性的前提。然而，能吸收可見光的光催化劑都具有較窄的帶隙，這意味著其氧化還原能力較弱，這一般導(dǎo)致其光催化活性低。因此，制備具有合適能帶結(jié)構(gòu)的光催化劑，使其具有寬的可見光響應(yīng)范圍的同時，還具有強(qiáng)的氧化或還原能力，從而表現(xiàn)出高的可見光催化活性，是一項很具挑戰(zhàn)而又很有意義的研究主題。2010年文獻(xiàn)首次報道，Ag3PO4半導(dǎo)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(jī)污染物的活性遠(yuǎn)高于BiV04、AgBr, AgI和N摻雜TiO2等常見的可見光催化劑(見文獻(xiàn) Nature Materials, 2010，9，559-564)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種新型的可見光催化劑，該可見光催化劑分子式為Ag3AsO4，為粉末狀，表觀為紅褐色，微觀結(jié)構(gòu)呈圓球狀。更具體地說，該可見光催化劑的微觀結(jié)構(gòu)呈0. 25 y m的圓球狀。本發(fā)明的目的之二在于提供一種上述可見光催化劑的制備方法，它包括如下順序的步驟(I)分別稱取AgN03、Na2HAsO4置于不同燒杯中，用去離子水溶解配置成濃度為0. ro. 4mol/L的AgNO3溶液和濃度為0. 025 0. lmol/L的Na2HAsO4溶液后，并分別裝入兩個分液漏斗中；用濃氨水配置成濃度為0. 05、. 2mol/L的氨水；(2)在室溫磁力攪拌的條件下，將步驟(I)所準(zhǔn)備的AgNO3溶液和Na2HAsO4溶液采用并流沉淀法反應(yīng)；其滴速為2 3d/s，滴定過程中同時用步驟(I)所準(zhǔn)備的氨水控制混合物的PH為5 8，滴定完畢后在室溫下繼續(xù)磁力攪拌2h ；(3)將步驟(2)制得的桔黃色沉淀物洗滌數(shù)次，然后于60°C溫度下烘干，得到紅褐色粉末狀產(chǎn)物，即Ag3AsO4光催化劑。上述步驟(2)中，混合物反應(yīng)過程中控制硝酸銀溶液、砷酸氫二鈉溶液、氨水的濃度物質(zhì)的質(zhì)量比為4:1:2。本發(fā)明的目的之三在于提供上述可見光催化劑的應(yīng)用，該可見光催化劑適用于在可見光下降解有機(jī)污染物。
本發(fā)明通過一種簡便的方法，制備一種新型的可見光催化劑Ag3AsO4。通過實驗，表征Ag3AsO4的吸收帶邊在730nm左右，因此對可見光的利用效率很高。并且，在羅丹明B的降解中，本發(fā)明光催化劑的活性比Ag3PO4還高。因此，本發(fā)明的Ag3AsO4是一種新型、高效的可見光催化劑。文獻(xiàn)、專利調(diào)研結(jié)果表明，本發(fā)明是Ag3AsO4光催化劑的首例報道，該光催化劑在有機(jī)污染物治理領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用前景。本發(fā)明的有益效果在于:(I)本發(fā)明采用砷酸氫二鈉制備Ag3AsO4，采用氨水控制反應(yīng)體系酸堿性，確保了Ag3AsO4高的光催化特性。(2)本發(fā)明將Ag3AsO4材料應(yīng)用于光催化領(lǐng)域，在可見光下Ag3AsO4具有優(yōu)良的羅丹明B光催化活性，其活性在同等條件下高于Ag3PO4和Agl。(3)本發(fā)明制備方法極其簡單，條件溫和易控(常溫常壓下，<35°C的室溫)，有利于大規(guī)模推廣應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明實施例的Ag3AsO4光催化劑的X射線衍射(XRD )圖。圖2是本發(fā)明實施例的Ag3AsO4光催化劑的掃描電鏡(SEM)圖。圖3是本發(fā)明實施例的Ag3AsO4光催化劑的紫外可見光漫反射光譜(UV-Vis DRS)圖。圖4是本發(fā)明實施例的Ag3AsO4光催化劑與Ag3P04、AgI光催化劑的活性結(jié)果圖；其中，Ctl為光催化劑加入前羅丹明B的初始濃度，即12mg/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(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。實施例1:分別稱取AgN03、Na2HAsO4置于不同燒杯中，用去離子水溶解配置成濃度為
0.2mol/L的AgNO3溶液和濃度為0.05mol/L的Na2HAsO4溶液后，裝入兩個分液漏斗中；用濃氨水配置成濃度為0.lmol/L的氨水；在室溫磁力攪拌的條件下，采用并流沉淀法制將AgNO3溶液和Na2HAsO4溶液反應(yīng)制取具有光催化活性的桔黃色沉淀物Ag3AsO4 ;其滴速為2^3d/s,滴定過程中同時用所準(zhǔn)備的氨水控制混合物的pH為5 8，滴定完畢后在室溫下繼續(xù)磁力攪拌2h?；旌衔锓磻?yīng)過程中控制硝酸銀溶液、砷酸氫二鈉溶液、氨水的濃度物質(zhì)的質(zhì)量比為4:1: 2。將桔黃色沉淀物用去離子水洗滌3次，然后于60°C烘干就得到Ag3AsO4光催化劑，為紅褐色粉末。實施例2:分別稱取AgN03、Na2HAsO4置于不同燒杯中，用去離子水溶解配置成濃度為
0.lmol/L的AgNO3溶液和濃度為0.025mol/L的Na2HAsO4溶液后，裝入兩個分液漏斗中；用濃氨水配置成濃度為0.05mol/L的氨水；在室溫磁力攪拌的條件下，采用并流沉淀法制將AgNO3溶液和Na2HAsO4溶液反應(yīng)制取具有光催化活性的桔黃色沉淀物Ag3AsO4 ;其滴速為2^3d/s,滴定過程中同時用所準(zhǔn)備的氨水控制混合物的pH為5 8，滴定完畢后在室溫下繼續(xù)磁力攪拌2h。混合物反應(yīng)過程中控制硝酸銀溶液、砷酸氫二鈉溶液、氨水的濃度物質(zhì)的質(zhì)量比為4:1: 2。將桔黃色沉淀物用去離子水洗滌3次，然后于60°C烘干就得到Ag3AsO4光催化劑，為紅褐色粉末。實施例3:分別稱取AgN03、Na2HAsO4置于不同燒杯中，用去離子水溶解配置成濃度為
0.4mol/L的AgNO3溶液和濃度為0.lmol/L的Na2HAsO4溶液后，裝入兩個分液漏斗中；用濃氨水配置成濃度為0.2mol/L的氨水；在室溫磁力攪拌的條件下，采用并流沉淀法制將AgNO3溶液和Na2HAsO4溶液反應(yīng)制取具有光催化活性的桔黃色沉淀物Ag3AsO4 ;其滴速為2^3d/s,滴定過程中同時用所準(zhǔn)備的氨水控制混合物的pH為5 8，滴定完畢后在室溫下繼續(xù)磁力攪拌2h。混合物反應(yīng)過程中控制硝酸銀溶液、砷酸氫二鈉溶液、氨水的濃度物質(zhì)的質(zhì)量比為4:1: 2。將桔黃色沉淀物用去離子水洗滌3次，然后于60°C烘干就得到Ag3AsO4光催化劑，為紅褐色粉末。本實施例制備的Ag3AsO4材料的X射線衍射(XRD)圖如圖1所示，樣品Ag3AsO4的衍射峰與Ag3AsO4的標(biāo)準(zhǔn)圖譜(JCPDS n0.06-0493)完全對應(yīng)。本實施例制備的Ag3AsO4材料的掃描電鏡(SEM)圖如圖2所示，由圖可見其微觀結(jié)構(gòu)為圓球狀，尺寸約為0.25 iim。本實施例制備的Ag3AsO4材料的紫外可見光漫反射光譜(Uv-Vis DRS)圖如圖3所示,樣品在可見光區(qū)域有明顯的吸收峰，能吸收小于730nm的可見光。本發(fā)明方法制備的Ag3AsO4材料的可見光催化性能評價如下:本發(fā)明方法制備的Ag3AsO4材料的光催化性能是通過模擬可見光下，采用樣品降解有機(jī)物的情況進(jìn)行評價的，光催化實驗在光學(xué)反應(yīng)器(包括Xe燈300W、濾光片、磁力攪拌器)中進(jìn)行。稱取0.075g制備的樣品，加入液體染料溶液(12mg/L RhB) IOOmL中，避光條件下磁力攪拌lh，達(dá)到吸附-解吸平衡。300W Xe燈加濾光片(入>420nm)作為模擬光源，每隔一定時間取2.5m L懸浮液，并且離心分離(6000rpm，5min)后取上清液。使用UV-2550對上清液的吸光度進(jìn)行測定。圖4所示為本發(fā)明方法制備的Ag3AsO4光催化劑在可見光條件下催化降解羅丹明B的降解曲線，由圖4可見，在可見光照射下，本發(fā)明制備的Ag3AsO4*催化劑完全降解羅丹明B只需20min，而Ag3P04、AgI所需時間分別為25、60min。因此，在可見光下，Ag3AsO4降解羅丹明B的活性高于Ag3PO4和Agl。
權(quán)利要求
1.一種可見光催化劑，其特征在于:其分子式為Ag3AsO4,為粉末狀，表觀為紅褐色，微觀結(jié)構(gòu)呈圓球狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可見光催化劑，其特征在于:其微觀結(jié)構(gòu)呈0.25 的圓球狀。
3.—種如權(quán)利要求1所述可見光催化劑的制備方法，其特征在于包括如下順序的步驟: (1)分別稱取AgN03、Na2HAsO4置于不同燒杯中，用去離子水溶解配置成濃度為0.r0.4mol/L的AgNO3溶液和濃度為0.025 0.lmol/L的Na2HAsO4溶液后，并分別裝入兩個分液漏斗中；用濃氨水配置成濃度為0.05、.2mol/L的氨水； (2)在室溫磁力攪拌的條件下，將步驟(I)所準(zhǔn)備的AgNO3溶液和Na2HAsO4溶液采用并流沉淀法反應(yīng)；其滴速為2 3d/s，滴定過程中同時用步驟(I)所準(zhǔn)備的氨水控制混合物的pH為5 8，滴定完畢后在室溫下繼續(xù)磁力攪拌2h ； (3)將步驟(2)制得的桔黃色沉淀物洗滌數(shù)次，然后于60°C溫度下烘干，得到紅褐色粉末狀產(chǎn)物，即Ag3AsO4光催化劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3 所述可見光催化劑的制備方法，其特征在于:步驟(2)中，混合物反應(yīng)過程中控制硝酸銀溶液、砷酸氫二鈉溶液、氨水的濃度物質(zhì)的質(zhì)量比為4:1:2。
5.一種如權(quán)利要求1所述可見光催化劑的應(yīng)用，其特征在于:適用于在可見光下降解有機(jī)污染物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可見光催化劑及其制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明主要包括分別稱取AgNO3、Na2HAsO4置于不同燒杯中，用去離子水溶解后，并分別裝入兩個分液漏斗中；用濃氨水配置成一定濃度的氨水；在室溫磁力攪拌的條件下，將AgNO3溶液和Na2HAsO4溶液采用并流沉淀法反應(yīng)；其滴速為2～3d/s，滴定過程中同時用氨水控制混合物的pH為5～8，滴定完畢后在室溫下繼續(xù)磁力攪拌2h；將制得的桔黃色沉淀物洗滌數(shù)次，然后于60℃溫度下烘干，得到紅褐色粉末狀產(chǎn)物，即Ag3AsO4光催化劑。本發(fā)明制備方法簡單，條件溫和易控，有利于大規(guī)模推廣應(yīng)用，本發(fā)明制備Ag3AsO4光催化劑活性高，適用于在可見光下降解有機(jī)污染物。
文檔編號C01G28/02GK103071496SQ20131004393
公開日2013年5月1日 申請日期2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月5日
發(fā)明者李大塘, 湯建庭, 劉永紅, 張馨, 李海珠, 黃輝 申請人:湖南科技大學(xué)