[发明专利]一种处理水体中孔雀石绿的磷酸银复合光催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种处理水体中孔雀石绿的磷酸银复合光催化剂的制备方法。包括以下步骤(1)将HNO₃处理后的多壁碳纳米管(MWCNTs)超声处理2～5h；(2)将AgNO₃溶液逐滴加入MWCNTs溶液中，避光搅拌6～20h；(3)将Na₂HPO₄·12H₂O逐滴加入上述溶液中，避光搅拌1～6h后真空干燥；(4)将(CH₃)₂CHO]₄Ti、Sr(Ac)₂和Cr(NO₃)₃·9H₂O以20:19:1的摩尔比在乙二醇溶液中混合均匀后，在120～160℃下持续搅拌，直至溶液变成粉末态；(5)将得到的粉末与2～6mol/L的NaOH溶液搅拌混合20～60min后，置于水热反应釜内，于180℃反应30～40h；(6)将MWCNTs@Ag₃PO₄超声处理10～60min，加入聚乙烯吡咯烷酮溶液后搅拌20～60min，将超声处理后的Cr:SrTiO₃溶液逐滴加入到上述搅拌溶液中，反应3～8h后洗涤干燥得到Ag₃PO₄@MWCNTs@Cr:SrTiO₃。本发明制备的材料具备环保、经济、可见光催化性能好等优点。

技术领域

本发明属于半导体材料光催化应用、环保技术领域，具体涉及一种处理水体中孔雀石绿的磷酸银复合光催化剂的制备方法

背景技术

随着人口数量的不断扩大，人们对能源的需求与日俱增，对不可再生能源的过度开采以及劣质能源运用所带来的环境污染问题使得能源危机和环境问题日趋严重。太阳能作为一种清洁、可再生的能源，对能源危机的解决而备受关注，但如何有效利用太阳能，实现可持续发展无疑是目前各国急需解决的问题。而光催化技术是一项新型绿色技术，在新能源的开发和水污染处理领域的发展迅速，该技术主要是利用半导体光催化材料在光照条件下受到激发活化的特性，将光能转化为化学能，从而达到氧化分解有机污染物、杀灭细菌以及还原重金属离子和消除异味等效果。

目前光催化材料的研究逐渐从以TiO₂等利用太阳光中近紫外线为主的全波长光催化材料向可见光催化材料方向深入。可见光材料可以响应可见光，具有可见光催化氧化处理有机污染物的能力。但单一的半导体光催化材料存在量子效率过低的问题，其根本原因是光生电子-空穴对复合的过程远快于捕获-转移的过程。目前，抑制光生电子和空穴的复合是提高光催化效率的重要方法。通过纳米化、半导体复合、离子掺杂、贵金属沉积、光敏化等改性措施提高光催化过程的量子产量是解决该问题的重要途径。而形成纳米异质结是实现光生电子和空穴有效分离的又一重要方法。异质结由不同的半导体单晶材料组成，具有一系列不同于单一半导体的特性，如整流性、光伏特性和光波导效应。通过选择不同带隙的半导体形成异质结能够拓展太阳光的利用范围，同时还能够通过促进光致电荷分离，延长载流子的生命周期，从动力学上提高了光催化效率。一般的异质结结构使得光生电子和空穴分别聚集在能量较低的导带和价带上，可有效延长载流子的生命周期。而Z型异质结作为特殊的异质结，三元的异质结结构可使光生电子和空穴分别聚集在不同半导体能量更高的导带和价带上，不仅具备普通异质结的优势还可提高光生电子和空穴的活性从而进一步提高光催化性能。

本发明涉及的Ag₃PO₄，其可见光量子效率高达90％，具备优异的可见光催化活性。在Ag₃PO₄和Cr:SrTiO₃中掺杂改性后的多壁碳纳米管(MWCNTs)，利用MWCNTs良好的光电性能，达到转移运输光生电子、空穴的效果。其特殊的一维网格结构可使晶体的结构和粒径更加均匀，优良的吸附性能可有效缩短污染物分子至材料表面的迁移时间。而Ag₃PO₄和Cr:SrTiO₃恰好匹配的能带结构可成功构建Z型异质结，进一步提高光催化性能。

发明内容