釩酸銀納米管可見(jiàn)光光催化材料的制備及其應(yīng)用的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種釩酸銀納米管的制備方法及其在可見(jiàn)光下的光催化降解異丙醇的性能。釩酸銀(Ag2V4O11)粉末采用表面活性劑輔助的水熱法合成，為單晶納米管結(jié)構(gòu)，并且具有可見(jiàn)光吸收的特點(diǎn)。對(duì)釩酸銀納米管在可見(jiàn)光下降解異丙醇的性能進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，其在440nm濾波片作用下丙酮產(chǎn)生速率超過(guò)催化劑為N-TiO2時(shí)丙酮的產(chǎn)生速率，表現(xiàn)了優(yōu)越的降解異丙醇的性能。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)光催化材料中的非可見(jiàn)光響應(yīng)和效率低的問(wèn)題，提供了一種新型可見(jiàn)光響應(yīng)的銀系納米管材料。
【專(zhuān)利說(shuō)明】釩酸銀納米管可見(jiàn)光光催化材料的制備及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料制備和應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是一種銀系納米管光催化材料的制備及光催化降解有機(jī)污染物方面。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)清潔能源和環(huán)境凈化的需求是人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展的兩個(gè)重要議題。應(yīng)用半導(dǎo)體催化劑和太陽(yáng)光的光催化技術(shù)作為一種潛在的解決能源和環(huán)境問(wèn)題的方法，近年來(lái)在學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界引起了廣泛地關(guān)注。隨著室內(nèi)空氣污染越來(lái)越嚴(yán)重，許多研究者開(kāi)始將光催化技術(shù)應(yīng)用到環(huán)境凈化領(lǐng)域上。其研究始于上世紀(jì)70年代后期，Bard等人利用TiO2催化劑，在紫外光照射下降解多氯聯(lián)苯和氰化物等有機(jī)物獲得了成功。與傳統(tǒng)的處理方法相比，光催化氧化法降解有機(jī)污染物具有能耗低、操作簡(jiǎn)便、反應(yīng)條件溫和及二次污染較少等優(yōu)點(diǎn)。無(wú)論是光催化分解水制備清潔的氫能源還是光催化降解有機(jī)污染物，其核心技術(shù)都是開(kāi)發(fā)具有高量子轉(zhuǎn)換效率的光催化材料。目前，二氧化鈦為主要的研究對(duì)象，但其在廣泛的工業(yè)利用方面受到了制約。主要存在的問(wèn)題為:太陽(yáng)能利用率低。由于二氧化鈦的光學(xué)帶隙為
3.2eV，只有對(duì)低于400nm波長(zhǎng)的光才有響應(yīng)，即只對(duì)紫外光吸收，對(duì)可見(jiàn)光沒(méi)有吸收。又因?yàn)樽贤夤庵徽嫉教?yáng)光譜中的4%，可見(jiàn)光占太陽(yáng)光譜的43%，所以，太陽(yáng)能利用率很低。因此，尋找具有可見(jiàn)光響應(yīng)的高量子轉(zhuǎn)換效率的光催化材料，成為了目前光催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，這一關(guān)鍵問(wèn)題的解決是光催化技術(shù)得以產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的前提條件。
[0003]半導(dǎo)體光催化有機(jī)物降解原理如下:光激發(fā)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，半導(dǎo)體光催化材料表面的光生電子與吸附的O2發(fā)生e_+02 —.02_反應(yīng)，產(chǎn)生的.02_會(huì)繼續(xù)發(fā)生.02_+H+ —.HO2反應(yīng)。同時(shí)，光生空穴會(huì)與表面的有機(jī)物分子或吸附的0H_發(fā)生反應(yīng)生成.0Η、Η02_、Η202等具有氧化能力的物質(zhì)，其中羥基自由基具有僅次于氟原子的第二強(qiáng)氧化能力，幾乎可以氧化所有的有機(jī)物。羥基自由基是主要的氧化劑，可以脫去有機(jī)分子中α碳上的一個(gè)氫原子，最終產(chǎn)生CO2和H2O,實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的礦化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種釩酸銀納米管的制備方法和其可見(jiàn)光下光催化降解有機(jī)物的應(yīng)用。克服傳統(tǒng)光催化材料中的非可見(jiàn)光響應(yīng)和效率低的問(wèn)題，提高可見(jiàn)光下的量子轉(zhuǎn)化效率。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:釩酸銀納米管粉末采用表面活性劑輔助的水熱法合成。具體步驟如下:
[0006](I)將 0.3OOg 釩酸氨(NH4VO4)和 0.500g P123 (EO20PO70EO20)加入 30mL 包含2mLlmol/L硝酸(HNO3)的蒸餾水中。
[0007](2)室溫下攪拌7h后，加入0.195g硝酸銀(AgNO3)。
[0008](3)再攪拌Ih后，將得到的溶液轉(zhuǎn)移到高壓釜內(nèi)并在150°C下熱處理24小時(shí)。
[0009](4)所得到的沉淀物過(guò)濾后分別用蒸餾水和乙醇洗滌，并在70°C的烘箱中干燥。[0010]本發(fā)明所采用的一步水熱方法實(shí)現(xiàn)了釩酸銀的低溫可控合成，用濕化學(xué)法合成，實(shí)現(xiàn)了 Ag，V，0在分子水平上的混合。產(chǎn)物尺寸均勻，并且為單晶結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所述的一步水熱過(guò)程，流程短，工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為發(fā)明化合物的透射電子顯微鏡照片。
[0012]圖2為發(fā)明化合物的光吸收性質(zhì)。
【具體實(shí)施方式】
[0013]本發(fā)明提供一種釩酸銀納米管的制備方法和其可見(jiàn)光下光催化降解有機(jī)物的性能。利用異丙醇的降解速率來(lái)評(píng)價(jià)光催化有機(jī)物的降解性能。異丙醇的光催化反應(yīng)的降解過(guò)程是:首先，異丙醇轉(zhuǎn)化為中間產(chǎn)物(丙酮)；然后，丙酮再被氧化為0)2和!120。由于，在起始階段異丙醇主要進(jìn)行的是降解為丙酮的反應(yīng)。所以常常用起始階段丙酮的生成速率來(lái)評(píng)估光催化性能的高低。通過(guò)以下實(shí)例進(jìn)一步對(duì)本方案描述。
[0014]【具體實(shí)施方式】一:
[0015](1) 一定量的固體催化劑粉末均勻地分散在底面積為8.1cm2的小培養(yǎng)皿中，將小培養(yǎng)皿置于500mL耐熱玻璃反應(yīng)器的底部。用人造空氣(O2: N2 = 1: 4)置換反應(yīng)器中的空氣(除去反應(yīng)體系中的殘留氣體)。
[0016](2)密閉反應(yīng)器后，使用氣體進(jìn)樣器向反應(yīng)器中注入一定量的異丙醇。將反應(yīng)器置于避光處2小時(shí)以便使系統(tǒng)達(dá)到吸附脫附平衡。
[0017](3)將反應(yīng)器置于光源下開(kāi)始反應(yīng)，并定時(shí)從反應(yīng)體系中取樣，使用氣相色譜儀來(lái)檢測(cè)異丙醇、丙酮和二氧化碳的濃度。
[0018](4)光源為氙燈，使用波長(zhǎng)為390nm的光學(xué)截止濾波片和冷卻循環(huán)水系統(tǒng)(截止波長(zhǎng)小于390nm的光源和消除紅外線(xiàn)引起的熱效應(yīng))，可以檢測(cè)到丙酮產(chǎn)生速率為660ppm/h。
[0019]【具體實(shí)施方式】二:與【具體實(shí)施方式】一不同的是，步驟(4)中所用光學(xué)濾波片為440nm，丙酮產(chǎn)生速率為515ppm/h。
[0020]【具體實(shí)施方式】三:與【具體實(shí)施方式】一不同的是，步驟(4)中所用光學(xué)濾波片為480nm，丙酮產(chǎn)生速率為252ppm/h。
[0021]【具體實(shí)施方式】四:與【具體實(shí)施方式】一不同的是，步驟(4)中所用光學(xué)濾波片為520nm，丙酮產(chǎn)生速率為110ppm/h。
[0022]【具體實(shí)施方式】五:與【具體實(shí)施方式】一不同的是，步驟(4)中所用光學(xué)濾波片為560nm,丙酮產(chǎn)生速率為40ppm/h。
[0023]【具體實(shí)施方式】六:與【具體實(shí)施方式】一不同的是，步驟(4)中所用光學(xué)濾波片為600nm,丙酮產(chǎn)生速率為13ppm/h。
[0024]【具體實(shí)施方式】七:與【具體實(shí)施方式】一不同的是，步驟(4)中所用光學(xué)濾波片為640nm,丙酮產(chǎn)生速率為4ppm/h (基本沒(méi)有丙酮產(chǎn)生)。
[0025]【具體實(shí)施方式】八:與【具體實(shí)施方式】一不同的是，更換催化劑為N-TiO2，步驟(4)中所用光學(xué)濾波片為440nm，丙酮產(chǎn)生速率為333ppm/h。
【權(quán)利要求】
1.一種釩酸銀(Ag2V4O11)納米管光催化材料的制備方法，包括以下幾個(gè)步驟:
(1)將0.300g 釩酸氨(NH4VO4)和 0.500g P123 (EO20PO70EO20)加入 30mL 包含 2mLlmol/L硝酸的蒸餾水中。 (2)室溫下攪拌7h后，加入0.195g硝酸銀(AgNO3)。 (3)再攪拌Ih后，將得到的溶液轉(zhuǎn)移到高壓釜內(nèi)并在150°C下熱處理24小時(shí)。 (4)所得到的沉淀物過(guò)濾后分別用蒸餾水和乙醇洗滌，并在70°C的烘箱中干燥8~16小時(shí)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征為釩酸銀(Ag2V4O11)納米管材料采用表面活性劑輔助的水熱法合成，并且其在可見(jiàn)光下具有降解異丙醇的能力。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于制備釩酸銀所用的的反應(yīng)物為釩酸氨(NH4VO4)和硝酸銀(AgN03)。并且釩酸銨、硝酸銀使用的摩爾數(shù)按照分子式Ag2V4O11的摩爾比。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所用的方法及表面活性劑P123 (EO2ciPO7ciEO20)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于水熱反應(yīng)過(guò)程的溫度為150°C。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于熱處理12-36小時(shí)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于熱處理烘干粉末溫度為50-120°C，時(shí)間為8~16小時(shí)。`
【文檔編號(hào)】A62D101/20GK103506116SQ201210227815
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月29日
【發(fā)明者】史海峰, 王穎超 申請(qǐng)人:江南大學(xué)