電子束輻照制備銀/二氧化鈰/石墨烯三元復合光催化劑的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電子束輻照制備銀/ 二氧化鈰/石墨烯三元復合光催化劑的方法，屬于光催化材料制備和環保技術領域。
【背景技術】
[0002]半導體光催化劑是30多年來光催化領域研制與開發的重點。利用半導體催化劑，如二氧化鈦、氧化鋅和二氧化鈰，將光能轉化為化學能來降解有機廢水。其中，二氧化鈰作為地球上含量最豐富的稀土元素氧化物，其廉價、無毒性、高穩定性和強吸收紫外光的特性，使其被認為是一種最有前途的光催化材料。然而，光生電子和空穴的快速重組和太陽光利用率低則限制二氧化鈰作為光催化材料的實際應用。針對以上問題，研宄者們在如何提高納米二氧化鈰的光催化性能方面做了大量的工作，如:采用貴金屬沉積，離子摻雜，添加適當的有機染料敏化劑，以及制備復合半導體材料等。近年來，復合半導體材料作為光催化劑的研宄取得了巨大的進展，其中石墨烯基的復合半導體材料的成就尤為突出。
[0003]石墨烯是具有優良的導電性和獨特的二維Sp2雜化碳原子骨架共軛體系結構，可引入作為光催化材料的基質，半導體中激發的電子通過界面到達石墨烯通過界面和共軛體系穩定，延遲電子空穴對的重組。因此，利用二氧化鈰和石墨烯的獨特性質，將兩者成功結合起來，用于光催化性能的研宄，制備高性能光催化材料具有深遠的意義。
[0004]在二氧化鐘/石墨稀二元光催化材料的基礎上，引入貴金屬銀納米粒子，充分結合三者的獨特優勢，制備三元復合光催化材料。據文獻查閱所知，目前還沒有銀/ 二氧化鈰/石墨烯三元復合光催化劑的報道。鑒于此，本發明首次采用電子束輻照法制備銀/ 二氧化鈰/石墨烯三元復合光催化劑，具有制備工藝簡單，條件溫和，原料價廉易得，不使用劇毒的有機還原劑，對環境友好等優點。通過此方法制備的銀/二氧化鈰/石墨烯三元復合光催化劑具有良好的光催化性能和穩定性，在多次重復循環利用后仍具有較強的催化活性。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是改性二氧化鈰光催化劑在實際應用中的不足，提供一種電子束輻照制備銀/二氧化鈰/石墨烯三元復合光催化劑的方法。
[0006]本發明涉及一種電子束輻照制備銀/ 二氧化鈰/石墨烯三元復合光催化劑的方法，其特征在于包括以下步驟:
a.首先，用電子天平分別稱取0.10-0.30 g六合水硝酸鈰(Ce (NO3) 3.6Η20)和
0.10-0.30 g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，將其溶解于40 mL體積比為1:1?3:1的乙醇和水混合溶液中，攪拌1~3小時；
b.將步驟a得到的溶液置于密封反應釜中，于100°C~140 0C恒溫反應18~24小時；
c.用乙醇洗滌步驟b反應完成后生成的二氧化鈰(CeO2),再用蒸餾水清洗，并用高速離心機離心分離，反復多次，以去除其中未反應的離子；然后將離心分離所得固體物置于800C真空干燥箱中干燥8~12小時，得到CeO2粉末；
d.用電子天平分別稱取0.05-0.10 g的步驟c制備的二氧化鈰和2~8 mg氧化石墨烯，分散于60~100 mL蒸餾水中，將此混合懸浮溶液置于超聲振蕩器中振蕩4~8小時，使溶液混合均勻；
e.向步驟d所得溶液中，分別加入0.05-0.40 g硝酸銀(AgNO3)，0.10-0.30 g聚乙烯醇(PVA)，和5~15 mL的異丙醇，將此混合溶液置于磁力攪拌器上攪拌1~ 2小時，使溶液混合均勻；
f.將步驟e所得的懸浮液進行電子束輻照，輻照劑量為210~350KGy ;將經過輻照后的懸浮液離心分離，所得固體樣品分別用去離子水和無水乙醇洗滌，干燥，最終得到銀/ 二氧化鈰/石墨烯三元復合光催化劑。
[0007]由于本發明所得的為銀/二氧化鐘/石墨稀三元復合光催化材料，其結合貴金屬銀納米顆粒，石墨烯，以及二氧化鈰的優良特性，使其光催化性能大大優于一般光催化材料；另外采用電子束輻照方法制備的樣品，其銀納米顆粒負載均勻；本發明的銀/ 二氧化鈰/石墨烯三元復合光催化材料可用于污水中各種有機和無機污染物的光催化處理。本發明的制備工藝簡單可行，成本低廉，所得到的光催化材料光催化效率高，性能穩定，重復利用效果好。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發明實施例制備得到的銀/二氧化鈰/石墨烯三元復合光催化劑的透射電鏡(TEM)照片。
[0009]圖2為本發明實施例制備得到的銀/二氧化鈰/石墨烯三元復合光催化劑的X衍射(XRD)圖。
[0010]圖3為本發明實施例制備得到的銀/二氧化鈰/石墨烯三元復合光催化劑，在太陽光條件下降解羅丹明B的時間-濃度比曲線。
[0011]圖4為本發明實施例制備得到的銀/二氧化鈰/石墨烯光催化材料作為光催化劑，在太陽光條件下降解羅丹明B，5次回收循環利用的時間-濃度比曲線。
【具體實施方式】
實施例
[0012]本實施例的制備過程和步驟如下:
1.用電子天平分別稱取0.22 g六合水硝酸鈰(Ce (NO3) 3.6Η20)和0.20 g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，將其溶解于40 mL體積比為3:1的乙醇和水混合溶液中，攪拌1~3小時；
2.將步驟I得到的溶液置于密封反應釜中，于1200C恒溫反應24小時；
3.用乙醇洗滌步驟2反應完成后生成的二氧化鈰(CeO2)，再用蒸餾水清洗，并用高速離心機離心分離，反復多次，以去除其中未反應的離子；然后將離心分離所得固體物置于800C真空干燥箱中干燥12小時，得到CeO2粉末；
4.稱取0.08 g的步驟3制備的二氧化鐘和5 mg氧化石墨稀，分散于80 mL蒸飽水中，將此混合懸浮溶液置于超聲振蕩器中振蕩6小時，使溶液混合均勻； 5.向步驟4所得溶液中，分別加入0.35 g硝酸銀(AgNO3)，0.20 g聚乙烯醇(PVA)，和10 mL的異丙醇，將此混合溶液置于磁力攪拌器上攪拌1~ 2小時，使溶液混合均勻；
6.將步驟5所得的懸浮液進行電子束輻照，輻照劑量為280KGy ;將經過輻照后的懸浮液離心分離，所得固體樣品分別用去離子水和無水乙醇洗滌，干燥，最終得到銀/ 二氧化鐘/石墨稀三元復合光催化劑。
[0013]光催化性能及循環利用性能的測試:
1.以羅丹明B為模式污染物，測得該銀/ 二氧化鈰/石墨烯三元復合光催化劑在模擬太陽光條件下，在100分鐘內可降解98%以上的羅丹明B。
[0014]2.以羅丹明B為模式污染物，測得該銀/ 二氧化鈰/石墨烯三元復合光催化劑在5次循環光催化反應后，仍可降解96%以上的羅丹明B，證明其循環利用性能良好。
[0015]對實施例所得附圖的解釋和說明
圖1為本實施制備得到的銀/ 二氧化鈰/石墨烯三元復合光催化劑的透射電鏡(TEM)照片，從圖中可以看到銀和二氧化鈰均勻的負載在石墨烯材料上。
[0016]圖2為本實施制備得到的銀/二氧化鈰/石墨烯三元復合光催化劑的X衍射(XRD)圖，從圖中可確定此復合材料的組成確實為銀、二氧化鈰和石墨烯。
[0017]圖3為本實施制備得到的銀/二氧化鈰/石墨烯三元復合光催化劑，在太陽光條件下降解羅丹明B的時間-濃度比曲線，從圖中可知，本實施所得材料在太陽光條件下，在100分鐘內可降解98%以上的羅丹明B。
[0018]圖4為本實施制備得到的銀/二氧化鈰/石墨烯光催化材料作為光催化劑，在太陽光條件下降解羅丹明B，5次回收循環利用的時間-濃度比曲線，從圖中可知，本實施所得材料在太陽光條件下，在5次循環光催化反應后，仍可降解96%以上的羅丹明B。
【主權項】
1.一種電子束輻照制備銀/ 二氧化鈰/石墨烯三元復合光催化劑的方法，其特征在于具有以下的工藝過程和步驟: a.首先，用電子天平分別稱取0.10-0.30 g六合水硝酸鈰(Ce (NO3) 3.6Η20)和。0.10-0.30 g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，將其溶解于40 mL體積比為1:1?3:1的乙醇和水混合溶液中，攪拌1~3小時； b.將步驟a得到的溶液置于密封反應釜中，于100°C~140 0C恒溫反應18~24小時； c.用乙醇洗滌步驟b反應完成后生成的二氧化鈰(CeO2),再用蒸餾水清洗，并用高速離心機離心分離，反復多次，以去除其中未反應的離子；然后將離心分離所得固體物置于800C真空干燥箱中干燥8~12小時，得到CeO2粉末； d.用電子天平分別稱取0.05-0.10 g的步驟c制備的二氧化鈰和2~8 mg氧化石墨烯，分散于60~100 mL蒸餾水中，將此混合懸浮溶液置于超聲振蕩器中振蕩4~8小時，使溶液混合均勻； e.向步驟d所得溶液中，分別加入0.05-0.40 g硝酸銀(AgNO3)，0.10-0.30 g聚乙烯醇(PVA)，和5~15 mL的異丙醇，將此混合溶液置于磁力攪拌器上攪拌1~ 2小時，使溶液混合均勻； f.將步驟e所得的懸浮液進行電子束輻照，輻照劑量為210~350KGy ;將經過輻照后的懸浮液離心分離，所得固體樣品分別用去離子水和無水乙醇洗滌，干燥，最終得到銀/ 二氧化鈰/石墨烯三元復合光催化劑。
【專利摘要】本發明涉及一種電子束輻照制備銀修飾二氧化鈰/石墨烯光催化劑的方法，屬于光催化材料制備和環保技術領域。本發明方法的工藝過程如下：首先將六合水硝酸鈰和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解于乙醇和水的混合溶液中，水熱反應后得到二氧化鈰粉末；然后將合成的二氧化鈰和氧化石墨烯，均勻分散于水溶液中，向其中加入硝酸銀，聚乙烯醇(PVA)和異丙醇，混合均勻；然后將上述懸浮液置于電子束發生裝置中，輻照處理；將輻照后的懸浮液離心分離，所得固體樣品經洗滌、干燥，最終得到銀/二氧化鈰/石墨烯三元復合光催化劑。本發明的制備方法工藝簡單，操作方便，所制備的光催化材料光催化效率高，性能穩定，循環利用效果好。
【IPC分類】C02F1/30, B01J23/50
【公開號】CN104941636
【申請號】CN201510274877
【發明人】程伶俐, 張少鋒, 焦正, 王瑞, 丁國際
【申請人】上海大學
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年5月26日