/CNTs的制備方法
【專利說明】一種具有光催化性能復合材料BiP04/Ag3P04/CNTs的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及具有光催化性能復合材料的制備方法的技術領域。
【【背景技術】】
[0002]環(huán)境污染和能源短缺是人類目前面臨的兩大難題。半導體光催化技術憑著在環(huán)境修復和有機廢水處理兩方面具有的潛在應用而備受我們的關注。光催化是指在紫外光、可見光或紅外光照射條件下，光催化劑吸收光能后改變化學反應或初始反應的速率，并引起反應成分的化學改變。與傳統(tǒng)技術相比，光催化技術的優(yōu)勢在于能利用太陽光直接降解有機污染物，具有能耗低，二次污染小等優(yōu)點。而且，它能直接利用太陽光分解水產(chǎn)生H2,作為清潔能源使用，緩解能源危機。因此，作為環(huán)境友好型材料，光催化材料應用廣泛，是全球學者和社會各界高度關注和研究的焦點。
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【發(fā)明內容】
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[0003]本發(fā)明的目的就是解決現(xiàn)有技術中的問題，提出一種具有光催化性能復合材料的制備方法，制備得到的復合材料具有良好的光催化性能。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種具有光催化性能復合材料BiP04/Ag3P04/CNTs的制備方法，依次包括以下步驟:
[0005]a)配置0.15mol/L他&?04溶液:用電子天平稱取11.7000g NaH 2Ρ04.2H20藥品置于燒杯中，用蒸餾水溶解，再用500mL容量瓶定容，將定容后的溶液倒入棕色瓶中，待用；
[0006]b)配置0.1OmoI/L NH3.H2O溶液:用吸量管吸取3.75ml濃NH3.H2O溶液置于500ml容量瓶中，定容；將定容后的溶液倒入棕色瓶中，待用；
[0007]c)制取純化CNTs樣品:用電子天平稱取CNTs置于三口燒瓶中，加入150ml濃硝酸溶液和一個攪拌子，然后將三口燒瓶放入油浴鍋中，在110°C的溫度下回流4h，反應結束后，等燒杯冷卻到室溫，將所得的固體抽濾分離，并用蒸餾水反復沖洗固體，直至濾液呈中性，得到濾渣于60°C的烘箱中烘干，烘干后得到純化后的CNTs樣品，研磨均勻，放在潔凈的離心管里，待用；
[0008]d))制備Ag3PO4樣品:用電子天平稱取AgNO 3藥品置于500ml燒杯中，加入50ml蒸餾水，避光超聲震蕩至固體完全溶解，避光超聲震蕩時間為1min ;再緩慢加入濃度為0.1OmoI/L NH3.H2O溶液；然后再滴入濃度為0.15mol/L NaH2PO4溶液，在避光的條件下常溫超聲震蕩2h ;將所得的沉淀過濾分離，用蒸餾水洗滌3次，最后在60°C的烘箱中烘干；烘干后得到Ag3PO4樣品，研磨均勻，放在潔凈的離心管里，待用；
[0009]e)制備BiP04/Ag3P04/CNTs樣品:用電子天平稱取適量CNTs樣品置于燒杯中，加入蒸餾水，超聲震蕩30min，待用；再加入用電子天平稱取的適量AgNOjP Bi (NO3)3.5H20藥品，避光超聲震蕩1min ;再緩慢加入濃度為0.1OmoVLNH3.H2O,然后再滴入濃度為0.15mol/L NaH2PO4,在避光的條件下常溫超聲震蕩2h，然后將所得的沉淀過濾分離，并用蒸餾水洗滌3次，最后在60°C的烘箱中烘干；烘干后研磨均勻，放入坩禍中，在300?600°C的溫度下焙燒4h，得到具有光催化性能復合材料-BiP04/Ag3P04/CNTs樣品。
[0010]在發(fā)明中，將BiP04/Ag3P04/CNTs樣品命名為“Cat-5-χ-Τ”，其中5表示為BiPO^Ag3PO4摩爾比值為5%，X表示CNTs與AgNO 3質量比，T表示焙燒溫度，單位為攝氏度。例如，將BiP(V^ Ag孑04摩爾比值為5%，CNTs與AgNO 3的質量比為0.5%，350°C下焙燒過后得到的樣品，我們將它命名為“ Cat-5-0.5-350 ”。
[0011]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明制備得到的復合材料具有良好的光催化性能，復合材料粒度均勻，表面光滑，分散性好，具有較大的比表面積。
[0012]本發(fā)明的特征及優(yōu)點將通過實施例結合附圖進行詳細說明。
【【附圖說明】】
[0013]圖1 是 Ag3PO^ SEM 照片；
[0014]圖2 是 Cat-5-0-350 的 SEM 照片；
[0015]圖3 是 Cat-5-0.5-350 的 SEM 照片；
[0016]圖4 是 Cat-5-0.5-550 的 SEM 照片；
[0017]圖5是樣品CNTs，Ag3PO4, Cat-5-x_350 (x = 0,0.5,5)的紫外可見漫反射光譜圖；
[0018]圖6是樣品Cat-5-x_350 (X = 0.5，1，5，10)的紫外可見漫反射光譜圖；
[0019]圖7是樣品Cat-5-0.5_T(T = 250，350，450，550)的紫外可見漫反射光譜圖；
[0020]圖8 是樣品 Ag3PO4, Cat-5-x-350 (x = 0,0.5,5)的禁帶寬度圖；
[0021]圖9 是樣品 Cat-5-x_350(x = 0.5，1，5，10)的禁帶寬度圖；
[0022]圖10 是樣品 Cat-5-0.5_T(T = 250，350，450，550)的的禁帶寬度圖；
[0023]圖11 是樣品 CNTs, Ag3P04，Cat-5-x_350 (x = 0,0.5，1，5，10)的熒光光譜圖；
[0024]圖12 是樣品 Cat-5-0.5_T(T = 250，350，450，550)的熒光光譜圖；
[0025]圖13 是樣品 CNTs，Ag3PO4, Cat-5-x_350 (x = 0,0.5，1,5)用于紫外光照射下降解甲基橙的活性圖；
[0026]圖14是樣品Cat-5-0.5_T(T = 250，350，450，550)用于紫外光照射下降解甲基橙的活性圖；
[0027]圖15 是樣品 CNTs, Ag3PO4, Cat-5-x_350 (x = 0,0.5，1，5，10)用于可見光照射下降解亞甲基藍的活性；
[0028]圖16是樣品Cat-5-0.5_T(T = 250，350，450，550)用于可見光照射下降解亞甲基藍的活性；
[0029]圖17是樣品Ag3PO4, Cat-5-x-350 (x = 0,0.5)降解甲基橙溶液的動力圖；
[0030]圖18是樣品Cat-5-0.5_T(T = 250，350，450，550)降解甲基橙溶液的動力圖。
【【具體實施方式】】
[0031]參閱圖1至圖18，本發(fā)明一種具有光催化性能復合材料的制備方法，依次包括以下步驟:
[0032]a)配置0.15mol/L他&?04溶液:用電子天平稱取11.7000g NaH 2Ρ04.2H20藥品置于燒杯中，用蒸餾水溶解，再用500mL容量瓶定容，將定容后的溶液倒入棕色瓶中，待用；
[0033]b)配置0.1OmoI/L NH3.H2O溶液:用吸量管吸取3.75ml濃NH3.H2O溶液置于500ml容量瓶中，定容；將定容后的溶液倒入棕色瓶中，待用；
[0034]c)制取純化CNTs樣品:用電子天平稱取CNTs置于三口燒瓶中，加入150ml濃硝酸溶液和一個攪拌子，然后將三口燒瓶放入油浴鍋中，在110°C的溫度下回流4h，反應結束后，等燒杯冷卻到室溫，將所得的固體抽濾分離，并用蒸餾水反復沖洗固體，直至濾液呈中性，得到濾渣于60°C的烘箱中烘干，烘干后得到純化后的CNTs樣品，研磨均勻，放在潔凈的離心管里，待用；
[0035]d)制備Ag3POz^品:用電子天平稱取AgNO 3藥品置于500ml燒杯中，加入50ml蒸餾水，避光超聲震蕩至固體完全溶解，避光超聲震蕩時間為1min ;再緩慢加入濃度為0.1OmoI/L NH3.H2O溶液；然后再滴入濃度為0.15mol/L NaH2PO4溶液，在避光的條件下常溫超聲震蕩2h ;將所得的沉淀過濾分離，用蒸餾水洗滌3次，最后在60°C的烘箱中烘干；烘干后得到Ag3PO4樣品，研磨均勻，放在潔凈的離心管里，待用；
[0036]e)制備BiP04/Ag3P04/CNTs樣品:用電子天平稱取適量CNTs樣品置于燒杯中，加入蒸餾水，超聲震蕩30min，待用；再加入用電子天平稱取的適量AgNOjPBi (NO3)3.5Η20藥品，避光超聲震蕩1min ;再緩慢加入濃度為0.1OmoI/L NH3.H2O,然后再滴入濃度為0.15mol/L NaH2PO4,在避光的條件下常溫超聲震蕩2h，然后將所得的沉淀過濾分離，并用蒸餾水洗滌3次，最后在60°C的烘箱中烘干；烘干后研磨均勻，放入坩禍中，在300?600°C的溫度下焙燒4h，得到具有光催化性能復合材料BiP04/Ag3P04/CNTs樣品。
[0037]在發(fā)明中，將BiP04/Ag3P04/CNTs樣品命名為“Cat-5-χ-Τ”，其中5表示為BiPO^Ag3PO4摩爾比值為5%，X表示CNTs與AgNO 3質量比，T表示焙燒溫度，單位為攝氏度。例如，將BiP(V^ Ag孑04摩爾比值為5%，CNTs與AgNO 3的質量比為0.5%，350°C下焙燒過后得到的樣品，我們將它命名為“ Cat-5-0.5-350 ”。
[0038]1、形貌分析
[0039]采用SEM分析樣品的形貌。圖1、圖2、圖3、圖4分別為Ag3PO4, Cat-5-0-350，Cat-5-0.5-350，Cat-5-0.5-550的掃描電鏡圖。由圖1可見，制備的Ag3PO4顆粒呈球形，直徑為0.3?0.4um，粒度均勻，表面光滑，分散性好。由圖1、圖2比較可見，Cat-5-0-350樣品表面凹凸不平，這是由于Ag3POjj米球表面負載BiP04顆粒所造成的。由圖3可見，CNTs細長呈管狀，管徑小且均勻，長徑比較長，具有巨大的比表面積。CNTs與BiPO4Ag3PO4結合在一起，可以使復合物的綜合性能提高。比較圖3、圖4可知，焙燒溫度過高，樣品顆粒會受熱融化，形成不規(guī)則層狀物。
[0040]2、結構分析
[0041]利用UV-Vis光譜對催化劑的結構進行表征。取少量樣品(粉體)，利用雙光束紫外-可見分光光度計(UV-vis spectrophotometer，UV-1901北京普析通用儀器有限公司)測定樣品的吸收光譜。以硫酸鋇為參比樣，波長掃描范圍為200-700nm，掃描速度為快速，步長為0.2nm。則得到樣品的紫外可見漫反射光譜圖，如圖5、6、7所示。
[0042]圖 5、6、7為樣品0町8，厶8孑04，0&卜51-350(叉=0，0.5,1,5,10)和 Cat-5-0.5_T(T=250，350，450，550)的紫外可見漫反射光譜圖。由圖可見，這些樣品在250nm到500nm波長范圍內對光有較強的吸收，因此制得的這些樣品具有一定的研究意義。由圖5和圖6知，在400nm到700nm波長范圍內，樣品對光的吸收強度從高到低:CNTs > Cat-5-10-350> Cat-5-5-350 > Cat-5-0.5-350 > Cat-5-0-350 > Ag3P04。由此可以看出，Ag3PO4負載了 BiPO4之后得到的Cat-5-x-350 (X = 0,0.5，5，10)樣品對可見光的吸收能力提高。同時也說明樣品在可見光區(qū)域(λ > 450nm)的吸收強度隨著CNTs含量的增多而增強，吸收邊界也不斷紅移。另外，Cat-5-10-350和CNTs的吸收曲線在相似的位置有相似的波形，說明Cat-5-10-350對光的吸收是以CNTs的吸附作用為主的。由圖7可知，Cat-5-0.5-T(T =250，350，450，550)樣品對光的吸收強度隨著溫度的升高而逐漸增高。Cat-5-0.5-550的波形與Cat-5-0.5-T (T = 250，350，450)的波形相比，Cat-5-0.5-550的波形發(fā)生明顯改變，這與SEM