[发明专利]一种磷酸银立方体/P25双功能复合材料及其制备方法

说明书

技术领域  

    本发明涉及一种磷酸银立方体/P25双功能复合材料及其制备方法，特别是指一种在水溶液中运用离子交换法制备形貌规则、结构可控的磷酸银/P25双功能复合材料的方法，属于复合材料、抗菌材料、光催化及环境治理技术领域。

背景技术

    环境问题是当前社会面临的重大挑战，是制约经济和社会发展、影响人们身体健康的主要因素之一；其中，水环境污染日趋严重，水环境变得日益复杂，传统的污水处理与净化方式，如以去除水中的胶体和悬浮物为主的过滤、沉淀、气浮、化学混凝等，只能适用于未受严重污染的水源，对于含有挥发酚、有机物、氨态氮等溶解性污染物以及细菌等微生物的污水则无法适用；近年来，利用光催化技术消除和降解污染物是当前水环境治理中最活跃的研究领域之一，光催化材料不仅能高效的降解水体中的有机污染物，而且对一些细菌等微生物也有较强的杀灭效果，因此开发新型高效的广泛应用于环保、水质处理、有机物降解、消毒抗菌等领域的多功能光催化材料具有非常重要的意义。

    二氧化钛作为半导体光催化材料获得了广泛的关注，但是，二氧化钛光吸收范围较窄（仅限于紫外光区）、量子效率较低，特别是其可见光响应程度低导致其在可见光照射下光催化活性有限；磷酸银作为一种新型的光催化材料，在可见光激发下，由于具有分散的能带结构，禁带宽度相对较窄，使得光生载流子的复合速率大大降低，量子效率得到很大提高，从而表现出优异的可见光光催化活性，而且，由于磷酸银是一种银的化合物，所以具有较好的杀菌效果。然而，由于磷酸银是一种银的化合物，成本相对较高，这在一定程度上限制了其大规模的生产和应用。

发明专利[201210380465.5]以磷酸盐、硝酸银和P25为原料，在水溶液中运用离子交换法制备出了具有微纳米结构的球形磷酸银/P25异质结构，该发明专利通过磷酸银对P25的有效复合，使其对可见光的吸收和响应有所增强，太阳光利用率有所提升，可见光光催化效果得到了改善，此外，复合材料中P25通过与磷酸银之间的协同效应，使其杀菌活性有所增强，然而，这种方法是在分散均匀的硝酸银溶液中直接滴加磷酸氢二钠溶液反应生成磷酸银，再与P25进行复合的，由于反应的速度过快会导致磷酸银颗粒大面积的聚集，而且这种方法制备出的球形磷酸银颗粒尺寸较大，结构形貌并不规则，尺寸并不均匀，这在一定程度上会影响光催化材料的光催化性能和对有机物的可见光降解效果。

本发明以商业化P25、硝酸银和磷酸盐为原料，利用氨水对磷酸银进行形貌调控，在水溶液中通过离子交换法快速制备微米级的磷酸银立方块与P25纳米颗粒的复合材料，并将其应用于光催化降解有机污染物和抑制杀灭水环境中细菌等微生物，目前未见报道。

发明内容  

本发明的目的在于提供一种成本低廉、简单实用的方法快速制备形貌规则、尺寸均匀的微米级磷酸银立方体/P25纳米颗粒复合材料的方法，克服现有光催化材料光催化效率低、对目标污染物降解效果差、功能单一、成本较高以及结构难调控等不足之处，而且对于设计合成具有特定晶面的高活性、多功能复合材料具有一定的理论指导意义。    

实现本发明所采用的技术方案为：一种磷酸银/P25双功能复合材料，通过水溶液中离子交换法制得，并用氨水进行调控，其特征在于，制备步骤如下：

    (1) 将P25溶于去离子水中超声分散均匀，得到P25分散液；

(2) 将硝酸银溶于去离子水中，搅拌均匀，得到硝酸银溶液；将硝酸银溶液在磁力搅拌条件下逐滴加到上述P25分散液中，滴加完毕后溶液继续搅拌均匀，得到混合前驱体溶液A，混合前驱体溶液A中P25的浓度为0.1-0.5 wt%，硝酸银的浓度为0.15 mol/L；

(3) 将0.1 mol/L的氨水逐滴加入混合前驱体溶液A中，搅拌均匀后得到混合前驱体溶液B，混合前驱体溶液B中氨水的浓度为0.075 mol/L；

(4) 将磷酸氢二钠溶于去离子水中，得到浓度为0.15 mol/L的磷酸氢二钠溶液；

    (5) 在磁力搅拌条件下，将步骤(4)制备的磷酸氢二钠溶液逐滴缓慢加入步骤(3)所制备的混合前驱体溶液B中，直至反应体系中出现棕黄色浑浊停止滴加，得到的混合溶液继续搅拌30~60 min，所得产物抽滤后用无水乙醇和去离子水反复洗涤多次后真空干燥。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

a)        通过氨水对磷酸银形貌的调控，使所制备的复合材料中磷酸银具有比较规则的形貌结构和均匀的颗粒尺寸；