CN110711594A - 一种Ag3PO4/AlPO4复合高效光催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种Ag3PO4/AlPO4复合光催化剂及其制备方法。其技术方案是：在带搅拌的反应器中加入一定浓度的硝酸铝水溶液、硝酸银水溶液、磷酸盐水溶液何一定量的固含量为10％的聚苯乙烯乳液，并用硝酸调节溶液pH值至1.0，然后在搅拌下滴加氢氧化钠水溶液，使溶液中有黄色沉淀生成，继续滴加氢氧化钠溶液直至溶液pH值达到4.0；将反应所得浆料静置30分钟后过滤，用去离子水洗涤滤饼三次，然后将滤饼置于300～500℃管式炉中煅烧0.5～3小时，冷却后即可得到金黄色的Ag3PO4/AlPO4复合光催化剂。所制备的复合光催化剂形貌为条状，长度3～5微米，长径比5～10，对亚甲基蓝水溶液、罗丹明B水溶液的光催化效果优于纯磷酸银。
Description
技术领域
本发明涉及一种Ag3PO4/AlPO4复合高效光催化剂及其制备方法，属于光催化材料领域。
背景技术
磷酸银(Ag3PO4)是一种新型高效的光催化材料，在自然光照射下有很高的光催化性能。由于其制备简单，环境友好，是光催化降解光电化学领域最有应用前景的材料之一。但Ag3PO4的自身稳定性较差，在光催化中易自蚀，即在光催化条件下，Ag3PO4逐渐变成单质Ag，最后完全变成单质Ag。另外，Ag3PO4的生产成本也比较高。为提高Ag3PO4的稳定性，不少研究工作者合成了Ag3PO4/AgX(X＝Cl，Br，I)，Ag3PO4/TiO2，Ag3PO4/SnO2，Ag3PO4/CeO2，Ag3PO4/C3N4，Ag/Ag3PO4/TiO2，Ag3PO4/In(OH)3，A3PO4/氧化石墨烯和Ag3PO4/TiO2石墨烯/等复合光催化剂，这些复合光催化剂在一定程度上提高了Ag3PO4的稳定性，但所掺杂的组分比较昂贵，因此原料成本仍然比较高。邢阳阳等以较为廉价的三氯化铁先在高压反应釜中于200℃反应20h制备得到四氧化三铁(Fe3O4)，再将四氧化三铁分散在硝酸银和磷酸二氢钾的反应溶液中制备了Fe3O4/Ag3PO4复合光催化剂[邢阳阳等，四氧化三铁包覆磷酸银复合光催化剂的可见光催化性能，化学研究，2012，23(5)：61-65]。陶萍芳等以醋酸锰、硝酸银、磷酸氢二钠为原料通过水热法制备了锰离子(Mn2+)掺杂的Ag3PO4光催化剂[陶萍芳等，水热合成锰离子掺杂磷酸银及其光催化性能，无机盐工业，2017，49(6)：90-93]。这些掺杂铁或锰的复合光催化剂的原料成本虽有所降低，但制备需要在高压反应釜或者水热釜中进行，对设备和反应条件要求较高，与纯Ag3PO4相比，光催化性能也有所下降。
发明内容 为克服现有文献报道的磷酸银复合光催化剂及其制备方法的不足，本发明提供了一种Ag3PO4/AlPO4复合光催化剂及其制备方法。本发明的创新点是利用液相沉淀法使磷酸铝与磷酸银共沉淀形成异质结构Ag3PO4/AlPO4复合物，既降低光催化剂成本，又使制备工艺简单，同时还提高了光催化剂的催化活性。反应体系所涉及的组分包括：硝酸铝[Al(NO3)3]、硝酸银(AgNO3)、磷酸盐、硝酸(HNO3)、氢氧化钠(NaOH)、聚苯乙烯乳液。所采取的技术方案是：在带搅拌的反应器中加入一定浓度的硝酸铝水溶液、硝酸银水溶液、磷酸盐水溶液和一定量的固含量为10％的聚苯乙烯乳液，并用硝酸调节溶液pH值至1.0，然后在搅拌下逐渐滴加氢氧化钠水溶液，使溶液pH值逐渐升高至溶液中有黄色沉淀生成，继续滴加过量氢氧化钠水溶液直至溶液pH值达到4.0；将反应所得浆料静置30分钟后过滤，用去离子水洗涤滤饼3次，然后将滤饼置于300～500℃管式炉中煅烧0.5～3小时，冷却后即可得到金黄色的Ag3PO4/AlPO4复合光催化剂。根据Ag3PO4与AlPO4的不同的物质的量之比，所制备的复合光催化剂记为(Ag3)x(Al)yPO4，其中x为Ag3PO4的物质的量分数，y为AlPO4的物质的量分数。
如上所述的Al(NO3)3的浓度为：0.01～0.3mol·L-1，AgNO3的浓度为：0.01～0.54mol·L-1。
如上所述的Ag3PO4/AlPO4复合光催化剂中，Ag3PO4与AlPO4的物质的量分数之比为9∶1～5∶5。
如上所述的磷酸盐为磷酸氢二铵[(NH4)2HPO4]、磷酸二氢铵[NH4H2PO4]、磷酸氢二钠[Na2HPO4]、磷酸二氢钠[NaH2PO4]、磷酸氢二钾[K2HPO4]、磷酸二氢钾[KH2PO4]、磷酸钠[Na3PO4]，或者它们的混合物等。
如上所述的固含量为10％聚苯乙烯乳液的使用量为硝酸铝水溶液、硝酸银水溶液、磷酸盐水溶液的总体积的0.5～1.0％。
本发明所制备的Ag3PO4/AlPO4复合光催化剂颗粒形貌为条状，长度3～5微米，长径比5～10。
本发明所制备的Ag3PO4/AlPO4复合光催化剂具有优良的光催化性能。在固液比(即光催化剂质量/水溶液体积)为50mg/100mL，以400nm以上可见光照射浓度为10mg/L亚甲基蓝或者罗丹明B的水溶液，照射时间3min时，脱色率达到90％以上，该复合光催化剂可循环使用4次。当照射浓度为30mg/L亚甲基蓝或者罗丹明B的水溶液时，Ag3PO4/AlPO4复合光催化剂的光催化效果明显好于纯Ag3PO4光催化剂。
具体实施方式
通过以下实施例进一步阐述本发明，但本发明不仅局限于以下实施例。
实施例1在带搅拌的反应器中加入0.01mol·L-1Al(NO3)3水溶液、0.27mol·L- 1AgNO3水溶液、0.1mol·L-1磷酸氢二铵水溶液各100mL，然后加入1.5mL固含量为10％的聚苯乙烯乳液，并用硝酸调节溶液pH值至1.0，然后在搅拌下逐滴加入氢氧化钠水溶液至有黄色沉淀生成，继续滴加过量氢氧化钠水溶液直至pH值达到4.0；将反应所得浆料静置30分钟后过滤，用去离子水洗涤滤饼3次，最后将滤饼置于300～500℃管式炉中煅烧3小时，冷却后即可得到金黄色的形貌为条状的Ag3PO4/AlPO4复合光催化剂【记为(Ag3)0.9(Al)0.1PO4】。
实施例2在带搅拌的反应器中加入0.02mol·L-1Al(NO3)3水溶液、0.24mol·L- 1AgNO3水溶液、0.1mol·L-1磷酸氢二钠水溶液各100mL，然后加入3.0mL固含量为10％的聚苯乙烯乳液，并用硝酸调节溶液pH值至1.0，然后在搅拌下逐滴加入氢氧化钠水溶液至有黄色沉淀生成，继续滴加过量氢氧化钠水溶直至pH值达到4.0；将反应所得浆料静置30分钟后过滤，用去离子水洗涤滤饼3次，最后将滤饼置于300～500℃管式炉中煅烧3小时，冷却后即可得到金黄色的形貌为条状的Ag3PO4/AlPO4复合光催化剂【记为(Ag3)0.8(Al)0.2PO4】。
实施例3在带搅拌的反应器中加入0.03mol·L-1Al(NO3)3水溶液、0.21mol·L- 1AgNO3水溶液、0.1mol·L-1磷酸氢二钾水溶液各100mL，然后加入3.0mL固含量为10％的聚苯乙烯乳液，并用硝酸调节溶液pH值至1.0，然后在搅拌下逐滴加入氢氧化钠水溶液至有黄色沉淀生成，继续滴加过量氢氧化钠水溶液直至pH值达到4.0；将反应所得浆料静置30分钟后过滤，用去离子水洗涤滤饼3次，最后将滤饼置于300～500℃管式炉中煅烧3小时，冷却后即可得到金黄色的形貌为条状的Ag3PO4/AlPO4复合光催化剂【记为(Ag3)0.7(Al)0.3PO4】。
实施例4在带搅拌的反应器中加入0.04mol·L-1Al(NO3)3水溶液、0.18mol·L- 1AgNO3水溶液、0.1mol·L-1磷酸二氢铵水溶液各100mL，然后加入2.0mL固含量为10％的聚苯乙烯乳液，并用硝酸调节溶液pH值至1.0，然后在搅拌下逐滴加入氢氧化钠水溶液至有黄色沉淀生成，继续滴加过量氢氧化钠水溶液直至溶液pH值达到4.0；将反应所得浆料静置30分钟后过滤，用去离子水洗涤滤饼3次，最后将滤饼置于300～500℃管式炉中煅烧3小时，冷却后即可得到金黄色的形貌为条状的Ag3PO4/AlPO4复合光催化剂【记为(Ag3)0.6(Al)0.4PO4】。
实施例5在带搅拌的反应器中加入0.05mol·L-1Al(NO3)3水溶液、0.15mol·L- 1AgNO3水溶液、0.1mol·L-1磷酸二氢钠水溶液各100mL，然后加入2.5mL固含量为10％的聚苯乙烯乳液，并用硝酸调节溶液pH值至1.0，然后在搅拌下逐滴加入氢氧化钠水溶液至有黄色沉淀生成，继续滴加过量氢氧化钠水溶液直至溶液pH值达到4.0；将反应所得浆料静置30分钟后过滤，用去离子水洗涤滤饼3次，最后将滤饼置于300～500℃管式炉中煅烧3小时，冷却后即可得到金黄色的形貌为条状的Ag3PO4/AlPO4复合光催化剂【记为(Ag3)0.5(Al)0.5PO4】。
实施例6在带搅拌的反应器中加入0.01mol·L-1Al(NO3)3水溶液、0.27mol·L- 1AgNO3水溶液、0.1mol·L-1磷酸二氢钾水溶液各100mL，然后加入1.5mL固含量为10％的聚苯乙烯乳液，并用硝酸调节溶液pH值至1.0，然后在搅拌下逐滴加入氢氧化钠水溶液至有黄色沉淀生成，继续滴加过量氢氧化钠水溶液直至溶液pH值达到4.0；将反应所得浆料静置30分钟后过滤，用去离子水洗涤滤饼3次，最后将滤饼置于300～500℃管式炉中煅烧3小时，冷却后即可得到金黄色的形貌为条状的Ag3PO4/AlPO4复合光催化剂【记为(Ag3)0.9(Al)0.1PO4】。
实施例7在带搅拌的反应器中加入0.02mol·L-1Al(NO3)3水溶液、0.24mol·L- 1AgNO3水溶液、0.1mol·L-1磷酸钠水溶液各100mL，然后加入3.0mL固含量为10％的聚苯乙烯乳液，并用硝酸调节溶液pH值至1.0，然后在搅拌下逐滴加入氢氧化钠水溶液至有黄色沉淀生成，继续滴加过量氢氧化钠水溶液直至溶液pH值达到4.0；将反应所得浆料静置30分钟后过滤，用去离子水洗涤滤饼3次，最后将滤饼置于300～500℃管式炉中煅烧3小时，冷却后即可得到金黄色的形貌为条状的Ag3PO4/AlPO4复合光催化剂【记为(Ag3)0.8(Al)0.2PO4】。
实施例8在带搅拌的反应器中加入100mL0.02mol·L-1Al(NO3)3水溶液、100mL0.24mol·L-1AgNO3水溶液、50mL0.1mol·L-1磷酸氢二铵和50mL0.1mol·L-1磷酸二氢铵的水溶液，然后加入3.0mL固含量为10％的聚苯乙烯乳液，并用硝酸调节溶液pH值至1.0，然后在搅拌下逐滴加入氢氧化钠水溶液至有黄色沉淀生成，继续滴加过量氢氧化钠水溶液直至溶液pH值达到4.0；将反应所得浆料静置30分钟后过滤，用去离子水洗涤滤饼3次，最后将滤饼置于300～500℃管式炉中煅烧3小时，冷却后即可得到金黄色的形貌为条状的Ag3PO4/AlPO4复合光催化剂【记为(Ag3)0.8(Al)0.2PO4】。
实施例9在带搅拌的反应器中加入100mL0.03mol·L-1Al(NO3)3水溶液、100mL0.21mol·L-1AgNO3水溶液、50mL0.1mol·L-1磷酸氢二铵和50mL0.1mol·L-1磷酸氢二钠的水溶液，然后加入3.0mL固含量为10％的聚苯乙烯乳液，并用硝酸调节溶液pH值至1.0，然后在搅拌下逐滴加入氢氧化钠水溶液至有黄色沉淀生成，继续滴加过量氢氧化钠水溶液直至溶液pH值达到4.0；将反应所得浆料静置30分钟后过滤，用去离子水洗涤滤饼3次，最后将滤饼置于300～500℃管式炉中煅烧3小时，冷却后即可得到金黄色的形貌为条状的Ag3PO4/AlPO4复合光催化剂【记为(Ag3)0.7(Al)0.3PO4】。
实施例10在带搅拌的反应器中加入100mL0.04mol·L-1Al(NO3)3水溶液、100mL0.18mol·L-1AgNO3水溶液、50mL0.1mol·L-1磷酸氢二钠和50mL0.1mol·L-1磷酸氢二钾的水溶液，然后加入3.0mL固含量为10％的聚苯乙烯乳液，并用硝酸调节溶液pH值至1.0，然后在搅拌下逐滴加入氢氧化钠水溶液至有黄色沉淀生成，继续滴加过量氢氧化钠水溶液直至溶液pH值达到4.0；将反应所得浆料静置30分钟后过滤，用去离子水洗涤滤饼3次，最后将滤饼置于300～500℃管式炉中煅烧3小时，冷却后即可得到金黄色的形貌为条状的Ag3PO4/AlPO4复合光催化剂【记为(Ag3)0.7(Al)0.3PO4】。
实施例11在带搅拌的反应器中加入100mL0.02mol·L-1Al(NO3)3水溶液、100mL0.54mol·L-1AgNO3水溶液、50mL0.2mol·L-1磷酸氢二钠和50mL0.2mol·L-1磷酸钠的水溶液，然后加入3.0mL固含量为10％的聚苯乙烯乳液，并用硝酸调节溶液pH值至1.0，然后在搅拌下逐滴加入氢氧化钠水溶液至有黄色沉淀生成，继续滴加过量氢氧化钠水溶液直至溶液pH值达到4.0；将反应所得浆料静置30分钟后过滤，用去离子水洗涤滤饼3次，最后将滤饼置于300～500℃管式炉中煅烧3小时，冷却后即可得到金黄色的形貌为条状的Ag3PO4/AlPO4复合光催化剂【记为(Ag3)0.9(Al)0.1PO4】。
实施例12在带搅拌的反应器中加入100mL0.1mol·L-1Al(NO3)3水溶液、100mL0.3mol·L-1AgNO3水溶液、50mL0.2mol·L-1磷酸氢二钠和50mL0.2mol·L-1磷酸二氢钠的水溶液，然后加入3.0mL固含量为10％的聚苯乙烯乳液，并用硝酸调节溶液pH值至1.0，然后在搅拌下逐滴加入氢氧化钠水溶液至有黄色沉淀生成，继续滴加过量氢氧化钠水溶液直至溶液pH值达到4.0；将反应所得浆料静置30分钟后过滤，用去离子水洗涤滤饼3次，最后将滤饼置于300～500℃管式炉中煅烧3小时，冷却后即可得到金黄色的形貌为条状的Ag3PO4/AlPO4复合光催化剂【记为(Ag3)0.5(Al)0.5PO4】。
Claims (5)
1.一种Ag3PO4/AlPO4复合光催化剂及其制备方法，其特征在于：在带搅拌的反应器中加入一定浓度的硝酸铝水溶液、硝酸银水溶液、磷酸盐水溶液和一定量的固含量为10％的聚苯乙烯乳液，并用硝酸调节溶液pH值至1.0，然后在搅拌下逐渐滴加氢氧化钠水溶液，使溶液pH值逐渐升高至溶液中有黄色沉淀生成，继续滴加过量氢氧化钠水溶液直至溶液pH值达到4.0。将反应所得浆料静置30分钟后过滤，用去离子水洗涤滤饼3次，然后将滤饼置于300～500℃管式炉中煅烧0.5～3小时，冷却后即可得到金黄色的Ag3PO4/AlPO4复合光催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种Ag3PO4/AlPO4复合光催化剂及其制备方法，其特征在于：所述的Al(NO3)3的浓度为：0.01～0.3mol·L-1，AgNO3的浓度为：0.01～0.54mol·L-1。
3.根据权利要求1所述的一种Ag3PO4/AlPO4复合光催化剂及其制备方法，其特征在于：所述的Ag3PO4/AlPO4复合光催化剂中，Ag3PO4与AlPO4的物质的量分数之比为9∶1～5∶5。
4.根据权利要求1所述的一种Ag3PO4/AlPO4复合光催化剂及其制备方法，其特征在于：所述的磷酸盐为磷酸氢二铵[(NH4)2HPO4]、磷酸二氢铵[NH4H2PO4]、磷酸氢二钠[Na2HPO4]、磷酸二氢钠[NaH2PO4]、磷酸氢二钾[K2HPO4]、磷酸二氢钾[KH2PO4]、磷酸钠[Na3PO4]，或者它们的混合物等。
5.根据权利要求1所述的一种Ag3PO4/AlPO4复合光催化剂及其制备方法，其特征在于：所述的固含量为10％聚苯乙烯乳液的使用量为硝酸铝水溶液、硝酸银水溶液、磷酸盐水溶液的总体积的0.5～1.0％。
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