復合可見光催化劑Ag₃PO₄與Zn₃(PO₄)₂及其制備方法

專利名稱：復合可見光催化劑Ag₃PO₄與Zn₃(PO₄)₂及其制備方法
技術領域：
本發明涉及光催化領域，具體涉及復合可見光催化劑Ag3PO4與Zn3(PO4)2及其制備方法。
背景技術：
進入21世紀，人類面臨一系列危機人口膨脹和資源過度消耗，大氣和水質的污染、有毒廢物的排放、溫室氣體導致的全球氣候變暖以及生物物種的大量消失等，全球環境已經面臨著海洋、淡水、濕地、生物多樣性和能源五大挑戰。可持續發展觀揭示，人口、資源與環境密切相關，資源綜合利用與環境保護相互聯系，構成一個有機整體。環境保護是資源開發、經濟發展進程中的重要內容。為了實現經濟社會的可持續發展，控制水質工作成為環境保護工作的一個重要組成部分。可見光催化劑由于可有效利用太陽光進行水質處理而受 到更多的關注。

發明內容
本發明的目的旨在提供一種新型復合可見光催化劑Ag3PO4與Zn3 (PO4) 2及其制備方法。將Ag3PO4與Zn3 (PO4) 2復合材料應用于光催化領域，牡丹花狀的復合Ag3P04/Zn3 (PO4) 2材料，具有高效的可見光催化降解效果；本發明制備方法簡單，條件易控，有利于大規模推廣。本發明的技術方案是
I. 一種復合可見光催化劑，它為Ag3PO4與Zn3(PO4)2復合物,為粉末狀,微觀結構呈層狀薄片組裝成的牡丹花狀，是由硝酸銀溶液與醋酸鋅溶液和磷酸二氫鉀溶液反應得的沉淀物，經用去離子水和乙醇洗滌，烘干所得物，其硝酸銀溶液與醋酸鋅溶液和磷酸二氫鉀溶液濃度摩爾比為4 3 :2。本發明的復合可見光催化劑，其微觀結構呈層狀薄片組裝成的2 Pm牡丹花狀。本發明的復合可見光催化劑的制備方法，其制備步驟如下
1)、分別稱取AgN03、Zn(Ac)2,置于不同燒杯中用去離子水溶解，配制成濃度為
0.1M-0. 4M的AgNO3溶液和0. 075M-0. 3M的Zn(Ac)2溶液；在磁力攪拌的條件下將Zn(Ac)2溶液滴入AgNO3溶液中，滴速為3-5s/d，滴入AgNO3溶液后，應形成過飽和的醋酸銀白色渾濁液，滴加完畢后在室溫下繼續磁力攪拌2h ；
2)、稱取KH2PO4，用去離子水溶解，配制成濃度為0.05M-0. 2M的KH2PO4溶液；
3)、在磁力攪拌條件下將步驟2)得到的KH2PO4溶液滴入步驟I)得到的白色渾濁液中，滴速為3-5s/d,其加入量是最終硝酸銀,醋酸鋅,磷酸二氫鉀的摩爾比為4 3 :2，溶液先為白色，一段時間后變為黃色，滴加完畢室溫下繼續反應3h，得黃色沉淀物；
4)將步驟3)得到的黃色沉淀物分別用去離子水和乙醇洗滌2次以上，然后于60°C烘干后，研磨得到復合可見光催化劑Ag3PO4與Zn3(PO4)2黃色粉末。本發明的復合可見光催化劑的應用，其適用于在可見光條件下降解有機污染物。
本發明的技術方案中，復合可見光催化劑Ag3PO4與Zn3(PO4)2的制備步驟中，為使得Zn3(PO4)2基體形成獲得足夠時間，鋅源應該使用Zn(Ac)2。本發明的技術方案中，復合可見光催化劑Ag3PO4與Zn3(PO4)2的制備步驟中，為保證Ag3PO4與Zn3 (PO4) 2復合材料能夠形成，Zn (Ac) 2溶液滴入AgNO3溶液后，應形成過飽和的醋酸銀渾濁液；KH2P04應逐滴加入，保證Zn3 (PO4)2先生成，然后部分轉化為Ag3PO4,即Ag3PO4中 PO/—為 Zn3 (PO4)2 提供。
本發明的技術方案中，復合可見光催化劑Ag3PO4與Zn3(PO4)2的制備步驟中，為使得Ag3PO4與Zn3 (PO4) 2復合材料能夠形成，保證Ag3PO4與Zn3 (PO4) 2間沉淀轉換過程的存在，PO廣不能過量，最終硝酸銀，醋酸鋅，磷酸二氫鉀的摩爾比為4 3 :2。本發明的優點在于
I、本發明利用過飽和醋酸銀為銀源制備Ag3PO4,以減緩Ag3PO4的生成速率，從而為Zn3(PO4)2基體形成提供足夠時間，又因為沉淀溶度積常數差異，使得部分Zn3(PO4)2轉化為Ag3PO4,從而形成Zn3 (PO4) 2負載Ag3PO4的復合Ag3PO4與Zn3 (PO4) 2材料，其微觀結構呈層狀薄片組裝成的牡丹花狀。2.本發明將Ag3PO4與Zn3(PO4)2復合材料應用于光催化領域，在可見光下樣品具有優異的光催化性能。3.本發明制備方法簡單，條件易控，有利于大規模推廣。本發明所述的室溫系指溫度10_30°C。


圖I.本發明方法制備的Ag3PO4與Zn3 (PO4)2復合可見光催化劑的X射線衍射(XRD)圖
圖2.本發明方法制備的Ag3PO4與Zn3(PO4)2復合可見光催化劑的掃描電鏡(SEM)3本發明方法制備的Ag3PO4與Zn3(PO4)2復合可見光催化劑的紫外可見吸收光譜(Uv-vis)圖
圖4.本發明方法制備的Ag3PO4與Zn3(PO4)2復合可見光催化劑在可見光條件下催化降解羅丹明B的降解曲線
圖5.本發明方法制備的Ag3PO4與Zn3(PO4)2復合可見光催化劑的可見光催化性能。
具體實施例方式本發明的復合可見光催化劑Ag3PO4與Zn3(PO4)2制備方法步驟如下
1、分別稱取AgNO3,Zn(Ac)2，將其置于不同燒杯中用去離子水溶解，分別配制成濃度為
0.1M-0. 4M的AgNO3溶液和0. 075M-0. 3M的Zn(Ac)2溶液，在磁力攪拌的條件下將Zn(Ac)2溶液滴入AgNO3溶液中，滴速為3-5s/d,應形成過飽和的醋酸銀白色渾濁液,滴加完畢后在室溫下繼續磁力攪拌2h ；
2、稱取KH2PO4，用去離子水溶解，配制成濃度為0.05M-0. 2M的KH2PO4溶液，在磁力攪拌條件下將其滴入步驟I所得溶液中，滴速為3-5s/d，其加入量最終使硝酸銀，醋酸鋅，磷酸二氫鉀的摩爾比為4 3 :2，溶液先為白色，一段時間后變為黃色，滴加完畢后室溫下繼續反應3h，過濾，得黃色沉淀物；3、將沉淀物分別用去離子水和乙醇洗滌2次以上，60°C烘干、研磨得到的黃色復合可見光催化劑Ag3PO4與Zn3(PO4)2粉末。為使得Zn3(PO4)2基體形成獲得足夠時間，鋅源應該使用Zn(Ac)2。為保證Ag3PO4與Zn3 (PO4) 2復合材料能夠形成，Zn (Ac) 2溶液滴入AgNO3溶液后，應形成過飽和的醋酸銀渾濁液；KH2P04應逐滴加入，保證Zn3(PO4)2先生成，然后部分轉化為Ag3PO4,即 Ag3PO4 中 PO43-為 Zn3(PO4)2 提供。為使得Ag3PO4與Zn3 (PO4) 2復合材料能夠形成，保證Ag3PO4與Zn3 (PO4) 2間沉淀轉換過程的存在，PO廣不能過量，最終硝酸銀，醋酸鋅，磷酸二氫鉀的摩爾比為4:3 :2。下面結合實例案對本發明方法制備的Ag3PO4與Zn3(PO4)2復合可見光催化劑和其應用作進一步說明，但本發明不僅限于下述實施例。 實施例I
1、分別稱取AgNO3,Zn(Ac)2，將其置于不同燒杯中用去離子水溶解，分別配制成濃度為0. 2M的AgNO3溶液和0. 15M的Zn (Ac) 2溶液；在磁力攪拌的條件下將Zn (Ac) 2溶液滴入等體積AgNO3溶液中，滴速為3-5s/d，得到白色渾濁液，滴加完畢后在室溫下繼續磁力攪拌2h ；
2、稱取KH2PO4，用去離子水溶解，配制成濃度為0.IM的KH2PO4溶液，在磁力攪拌條件下將其緩慢滴入步驟I溶液中，其加入量最終使硝酸銀，醋酸鋅，磷酸二氫鉀的摩爾比為4 3:2，滴速為3-5s/d，溶液先為白色，一段時間后變為黃色，滴加完畢室溫下繼續反應3h，過濾，得沉淀物；
3、將沉淀物分別用去離子水和乙醇洗滌3次后，于60°C烘干、研磨得到Ag3PO4與Zn3 (PO4) 2復合可見光催化劑黃色粉末。所得Ag3PO4與Zn3(PO4)2復合材料的掃描電鏡圖如圖I所示。由圖可見，其為層狀薄片物質組裝成牡丹花型的分級結構，尺寸約為2 ii m。Ag3PO4與Zn3(PO4)2復合材料的紫外可見吸收光譜圖如圖2，樣品在可見光區域有明顯的吸收峰，能吸收小于520nm的可見光。制備的Ag3PO4與Zn3 (PO4)2復合材料的XRD圖如圖3。樣品中Ag3PO4的衍射峰與簡單立方晶體Ag3PO4S準圖譜(JCPDS no. 06-0505) ;Zn3 (PO4)3的衍射峰與文獻數據斜方晶系Zn3(PO4)3的標準圖譜(JCPDS no. 33-1474)完全對應。實施例2
本發明方法制得的Ag3PO4與Zn3(PO4)2復合材料的可見光催化性能評價。本發明方法制得的Ag3PO4與Zn3(PO4)2復合材料的光催化性能是通過在模擬可見光下，采用樣品降解有機物的情況進行評價。光催化實驗在光化學反應器(包括Xe燈350W、濾光片、磁力攪拌器)中進行。稱取0.05g制備樣品，加入液體染料溶液(KT5M RhB),避光條件下磁力攪拌30min，達到吸附-解附平衡。350W Xe燈加濾光片(X > 420nm)作為模擬光源，每隔一定時間取3ml懸浮液,并且離心分離(6000rpm, 5min)后取上清液。使用UV-2550對上清液的吸光度進行測定。圖5為本發明方法制備的Ag3PO4與Zn3 (PO4) 2復合可見光催化劑在可見光催化性能。圖4為本發明制備的Ag3PO4與Zn3(PO4)2復合可見光催化劑在可見光條件下催化降解羅丹明B的降解曲線，由圖可看出60min內在可見光作用下，本發明制備的Ag3PO4與Zn3(PO4)2復合可見光催化劑能將羅丹明B降解完全。
權利要求
1.一種復合可見光催化劑，其特征在于該催化劑為Ag3PO4與Zn3(PO4)2復合物，為粉末狀，微觀結構呈層狀薄片組裝成的牡丹花狀，是由硝酸銀溶液與醋酸鋅溶液和磷酸二氫鉀溶液反應得的沉淀物，經用去離子水和乙醇洗滌，烘干所得物，其硝酸銀溶液與醋酸鋅溶液和磷酸二氫鉀溶液濃度摩爾比為4 :3 :2。
2.如權利要求I所述的復合可見光催化劑，其特征在于，微觀結構呈層狀薄片組裝成的2iim牡丹花狀。
3.如權利要求I所述的復合可見光催化劑的制備方法，其特征在于制備步驟如下 1)、分別稱取AgN03、Zn(Ac)2,置于不同燒杯中用去離子水溶解，配置成濃度為0.1M-0. 4M的AgNO3溶液和0. 075M-0. 3M的Zn(Ac)2溶液；在磁力攪拌的條件下將Zn(Ac)2溶液滴入AgNO3溶液中，滴速為3-5s/d，滴入AgNO3溶液后，應形成過飽和的醋酸銀白色渾濁液，滴加完畢后在室溫下繼續磁力攪拌2h ； 2)、稱取KH2PO4，用去離子水溶解，配置成濃度為0.05M-0. 2M的KH2PO4溶液； 3)、在磁力攪拌條件下將步驟2)得到的KH2PO4溶液滴入步驟I)得到的白色渾濁液中，滴速為3-5s/d,其加入量是最終硝酸銀,醋酸鋅,磷酸二氫鉀的摩爾比為4 3 :2，溶液先為白色，一段時間后變為黃色，滴加完畢室溫下繼續反應3h，離心分離，得黃色沉淀物； 4)將步驟3)得到的黃色沉淀物分別用去離子水和乙醇洗滌2次以上，然后于60°C烘干后、研磨得到復合可見光催化劑Ag3PO4與Zn3(PO4)2黃色粉末。
4.如權利要求I或2所述的復合可見光催化劑的應用，其特征是適用于在可見光條件下降解有機污染物。
全文摘要
本發明提供了一種復合可見光催化劑Ag3PO4與Zn3(PO4)2及其制備方法，本發明利用過飽和醋酸銀為銀源制備Ag3PO4，以減緩Ag3PO4的生成速率，從而為Zn3(PO4)2基體形成提供足夠時間，又因為沉淀溶度積常數差異，使得部分Zn3(PO4)2轉化為Ag3PO4，從而形成Zn3(PO4)2負載Ag3PO4的復合Ag3PO4與Zn3(PO4)2材料，其微觀結構呈層狀薄片組裝成的牡丹花狀，具有高效的可見光催化降解效果。本發明制備方法簡單，條件易控，有利于大規模推廣。
文檔編號B01J27/18GK102716758SQ201210209470
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月25日 優先權日2012年6月25日
發明者傅正義, 吳燕, 馬培艷 申請人:武漢理工大學