一種具有可見光光催化氧化和光催化還原能力的AgInS₂納米花及制備和應(yīng)用
【專利摘要】一種具有可見光光催化氧化和光催化還原能力的AgInS2納米花，其是由等摩爾質(zhì)量比的AgNO3與InCl3及過量的硫脲，經(jīng)水熱反應(yīng)獲得的微觀結(jié)構(gòu)為花朵型磚紅色納米級(jí)三元金屬硫化物。該AgInS2納米花應(yīng)用在催化降解污染物上。本發(fā)明的AgInS2納米花，具有較小的禁帶寬度，同時(shí)由于其微觀結(jié)構(gòu)呈花朵型，使得制備的材料具有較大的比表面積，吸附能力強(qiáng)；對(duì)光催化氧化降解有機(jī)污染物及光催化還原無機(jī)污染物能力有很大的提高，具有更好的可見光吸收性能；工藝比較簡(jiǎn)單，易于操作，同時(shí)又可應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。
【專利說明】
一種具有可見光光催化氧化和光催化還原能力的Ag I “2納米花及制備和應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于治理環(huán)境污染的半導(dǎo)體光催化劑。
【背景技術(shù)】
[0002]能源危機(jī)和環(huán)境問題已是人類必須要面臨的兩個(gè)嚴(yán)峻問題，如何有效的控制和治理各種化學(xué)污染物對(duì)環(huán)境的污染是環(huán)境綜合治理中的重點(diǎn)。近些年，作為高級(jí)氧化技術(shù)之一的半導(dǎo)體光催化氧化技術(shù)，正受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛研究，這種技術(shù)可以以太陽能作為能源來降解環(huán)境中的污染物，有效的利用太陽能，降低人們的能源利用。
[0003]半導(dǎo)體光催化氧化技術(shù)始于日本科學(xué)家Fujishima和Honda發(fā)現(xiàn)受光福照的T12單晶電極可以將H2O分解，利用1102半導(dǎo)體光催化劑將光能轉(zhuǎn)化為電能和化學(xué)能就成為半導(dǎo)體光催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然而，銳鈦礦型T12的禁帶寬度為3.2eV，其激發(fā)波長(zhǎng)為387.5nm，屬于太陽光中的紫外光范圍。而對(duì)于太陽能，其主要能量集中于400?600nm的可見光范圍，這大大減少了 T12半導(dǎo)體光催化劑的效率，因此，開發(fā)出對(duì)可見光響應(yīng)的新型的半導(dǎo)體材料是半導(dǎo)體光催化劑研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一。
[0004]在眾多的新開發(fā)的半導(dǎo)體光催化劑中，研究者開發(fā)了二元金屬硫化物，發(fā)現(xiàn)該類催化劑具有較小的禁帶寬度，能充分的利用太陽光，是一類有前景的光催化劑。但是隨著研究的深入，大多數(shù)的二元硫化物出現(xiàn)穩(wěn)定性差，易光腐蝕，限制了其發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種具有可見光響應(yīng)的穩(wěn)定性較好的具有可見光光催化氧化和光催化還原能力的AglnSjfi米花及制備和應(yīng)用。本發(fā)明通過改進(jìn)制備方法，合成了新型半導(dǎo)體光催化劑AgInS2m米花，該AgInS 2納米花有效地提高了對(duì)有機(jī)污染物的光催化氧化能力和還原水體中Cr6+的能力。
[0006]—、本發(fā)明的具有可見光光催化氧化和光催化還原能力的AgInSjfi米花，以下簡(jiǎn)稱AgInS2納米花，其是由等摩爾質(zhì)量比的AgNO 3與InCl 3及過量的硫脲，經(jīng)水熱反應(yīng)獲得的微觀結(jié)構(gòu)為花朵型磚紅色納米級(jí)三元金屬硫化物。
[0007]二、上述AgInSjfi米花的制備方法有如下步驟:
[0008]1、將AgNOr^ InCl 3按摩爾質(zhì)量比1:1混勻，然后加入過量硫脲，硫脲與AgNO 3的摩爾質(zhì)量比為2.5:1，在水或乙醇溶劑中混合，AgNO3與水或乙醇溶劑的體積比為1:1920，攪拌至形成透明均勻溶液。
[0009]2、將步驟I獲得的溶液轉(zhuǎn)移至內(nèi)襯聚四氟乙烯的高壓釜中，在1.32?1.59atm、120?200°C溫度下，水熱反應(yīng)6?48h，反應(yīng)結(jié)束自然冷卻至室溫。
[0010]3、將步驟2獲得的產(chǎn)物過濾，取沉淀物，用去離子水和無水乙醇洗滌，在80°C下干燥12h，即制得AgInSi^米花。
[0011]三、本發(fā)明的AgInS2納米花在催化降解污染物上的應(yīng)用:將AgInS2納米花與污染物按質(zhì)量比10-50:1溶于置有污染物溶液中，超聲分散30min，然后在黑暗中磁力攪拌30min。攪拌完畢先取2mL溶液在3000r/min下離心5min后測(cè)吸光度，然后以氙燈為光源進(jìn)行照射，每20min取樣一次進(jìn)行離心，然后測(cè)吸光度，通過吸光度計(jì)算污染物的含量。所述的污染物為羅丹明B、K2Cr2O7、苯酚、丙酮等。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0013]①本發(fā)明的AgInS2納米花，具有較小的禁帶寬度，同時(shí)由于其微觀結(jié)構(gòu)呈花朵型，使得制備的材料具有較大的比表面積，有利于污染物的吸附降解。
[0014]②本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)制備的傳統(tǒng)催化劑二氧化鈦相比，對(duì)光催化氧化降解有機(jī)污染物及光催化還原無機(jī)污染物能力有很大的提高，具有更好的可見光吸收性能。
[0015]③工藝比較簡(jiǎn)單，易于操作，同時(shí)又可應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0016]圖1為實(shí)施例1中的AgInSjfi米花放大倍數(shù)13000倍的掃描電鏡圖。
[0017]圖2為實(shí)施例1中的AgInS2納米花紫外-可見漫反射圖。
[0018]圖3為實(shí)施例1中的AgInSjfi米花與T1 2光催化降解羅丹明B效果對(duì)比圖。
[0019]圖4為實(shí)施例1中的AgInSjfi米花與T1 2光催化降解K 2Cr207效果對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下述非限制性實(shí)施例可以使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。
[0021]實(shí)施例1
[0022]將0.2g AgNO3溶于96mL水中，形成AgNO 3溶液；將0.22g InCl 3加入到AgNO 3溶液中混勻后，加入0.19g硫脲，攪拌30min，形成透明均勻溶液。將此溶液轉(zhuǎn)移至內(nèi)襯聚四氟乙稀的120mL高壓爸中，加壓至1.45atm，置于烘箱中在160°C下水熱反應(yīng)12h，自然冷卻至室溫。離心并收集底部磚紅色沉淀物，先用去離子水洗滌然后用無水乙醇洗滌，在80°C下干燥12h，即制得AgInSjR米花。從圖1上可以清楚顯示AgInS 2納米花，從圖2上可以看出，在350-550nm可見光范圍內(nèi)AgInS2納米花有較強(qiáng)的吸收能力。
[0023]實(shí)施例2
[0024]將0.2g AgNO3溶于96mL乙醇中，形成AgNO 3溶液；將0.22g InCl 3加入到AgNO3溶液中混勻后，加入0.19g硫脲，攪拌30min，形成透明均勻溶液。將此溶液轉(zhuǎn)移至內(nèi)襯聚四氟乙烯的120mL高壓釜中，加壓至1.40atm，置于烘箱中在160°C下水熱反應(yīng)12h，自然冷卻至室溫。離心并收集底部磚紅色沉淀物，先用去離子水洗滌然后用無水乙醇洗滌，在80°C下干燥12h，即制得AgInSi^米花。
[0025]實(shí)施例3
[0026]將0.2g AgNO3溶于96mL乙醇中，形成AgNO 3溶液；將0.22g InCl 3加入到AgNO3溶液中混勻后，加入0.19g硫脲，攪拌30min，形成透明均勻溶液。將此溶液轉(zhuǎn)移至內(nèi)襯聚四氟乙烯的120mL高壓釜中，加壓至1.32atm，置于烘箱中在120°C下水熱反應(yīng)48h，自然冷卻至室溫。離心并收集底部磚紅色沉淀物，先用去離子水洗滌然后用無水乙醇洗滌，在80°C下干燥12h，即制得AgInSi^米花。
[0027]實(shí)施例4
[0028]將0.2g AgNO3溶于96mL乙醇中，形成AgNO 3溶液；將0.22g InCl 3加入到AgNO3溶液中混勻后，加入0.19g硫脲，攪拌30min，形成透明均勻溶液。將此溶液轉(zhuǎn)移至內(nèi)襯聚四氟乙烯的120mL高壓釜中，加壓至1.59atm，置于烘箱中在200°C下水熱反應(yīng)6h，自然冷卻至室溫。離心并收集底部磚紅色沉淀物，先用去離子水洗滌然后用無水乙醇洗滌，在80°C下干燥12h，即制得AgInSjR米花。
[0029]應(yīng)用例I
[0030]將實(shí)施例1中的0.04g AgInSjfi米花溶于置有80mL羅丹明B(10mg/L)燒杯中，超聲分散30min，然后在黑暗中磁力攪拌30min。攪拌完畢先取2mL溶液在3000r/min下離心5min后測(cè)吸光度。然后以氙燈為光源進(jìn)行照射，每20min取樣一次進(jìn)行離心，然后測(cè)吸光度，通過吸光度計(jì)算羅丹明B的去除率。
[0031]對(duì)比例I
[0032]購買商業(yè)光催化T12 (商品代號(hào)P25，北京博宇高科新材料技術(shù)有限公司產(chǎn)品，公司地址北京市昌平區(qū)鼓樓東街33號(hào))，未經(jīng)過任何處理，直接用于光催化反應(yīng)。
[0033]將對(duì)比例I得到的0.04g 1102溶于置有80mL羅丹明B(10mg/L)燒杯中，超聲分散30min，然后在黑暗中磁力攪拌30min。攪拌完畢先取2mL溶液在3000r/min下離心5min后測(cè)吸光度。然后以氙燈為光源進(jìn)行照射，每20min取樣一次進(jìn)行離心，然后測(cè)吸光度，通過吸光度計(jì)算羅丹明B的去除率。
[0034]實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3所示，在可見光條件下，AgInS2納米花作為催化劑時(shí)，經(jīng)過Ih降解，羅丹明B去除率為87.5 %，T12作為催化劑時(shí)，羅丹明B去除率為28.3 %，因此，AgInS 2納米花作為光催化劑，在可見光條件下，具有較強(qiáng)的催化氧化活性。
[0035]應(yīng)用例2
[0036]將實(shí)施例1中的0.04g AgInS^米花溶于置有80mL K 2Cr207 (50mg/L)燒杯中，超聲分散30min，然后在黑暗中磁力攪拌30min。攪拌完畢先取20mL溶液在3000r/min下離心5min后測(cè)吸光度。然后以氙燈為光源進(jìn)行照射，每20min取樣一次進(jìn)行離心，然后測(cè)吸光度，通過吸光度計(jì)算Cr6+的還原。
[0037]對(duì)比例2
[0038]購買商業(yè)光催化T12 (商品代號(hào)P25，北京博宇高科新材料技術(shù)有限公司產(chǎn)品，公司地址北京市昌平區(qū)鼓樓東街33號(hào))，未經(jīng)過任何處理，直接用于光催化反應(yīng)。
[0039]將對(duì)比例I得到的0.04g 1102溶于置有80mL K 2Cr207 (50mg/L)燒杯中，超聲分散30min，然后在黑暗中磁力攪拌30min。攪拌完畢先取20mL溶液在3000r/min下離心5min后測(cè)吸光度。然后以氙燈為光源進(jìn)行照射，每20min取樣一次進(jìn)行離心，然后測(cè)吸光度，通過吸光度計(jì)算Cr6+的還原。
[0040]實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4所示，在可見光條件下，AgInS2納米花作為催化劑時(shí)，經(jīng)過Ih降解，K2Cr2O7還原率為71.2%，T1 2作為催化劑時(shí)，K 2Cr207還原率為0.4%，因此，AgInS^米花作為光催化劑，在可見光條件下，也具有較強(qiáng)的還原能力。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有可見光光催化氧化和光催化還原能力的AgInS 2納米花，其特征在于:其是由等摩爾質(zhì)量比的AgNOr^ InCl3及過量的硫脲，經(jīng)水熱反應(yīng)獲得的微觀結(jié)構(gòu)為花朵型磚紅色納米級(jí)三元金屬硫化物。2.權(quán)利要求1的具有可見光光催化氧化和光催化還原能力的AgInS2納米花制備方法，其特征在于: 1)將AgNOr^InCl 3按摩爾質(zhì)量比1:1混勻，然后加入過量硫脲，硫脲與AgNO 3的摩爾質(zhì)量比為2.5:1，在水或乙醇溶劑中混合，AgNO3與水或乙醇溶劑的體積比為1:1920，攪拌至形成透明均勻溶液； 2)將步驟I獲得的溶液轉(zhuǎn)移至內(nèi)襯聚四氟乙烯的高壓釜中，在1.32?1.59atm、120?200°C溫度下，水熱反應(yīng)6?48h，反應(yīng)結(jié)束自然冷卻至室溫； 3)將步驟2獲得的產(chǎn)物過濾，取沉淀物，用去離子水和無水乙醇洗滌，在80°C下干燥12h，即制得AgInSjR米花。3.權(quán)利要求1的具有可見光光催化氧化和光催化還原能力的AgInS2納米花，其特征在于:該AgInS2m米花作為催化降解污染物上的應(yīng)用。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有可見光光催化氧化和光催化還原能力的AgInS2納米花，其特征在于:將AgInS2納米花與污染物按質(zhì)量比10-50:1溶于置有污染物溶液中，超聲分散30min，然后在黑暗中磁力攪拌30min，攪拌完畢先取2mL溶液在3000r/min下離心5min后測(cè)吸光度，然后以氙燈為光源進(jìn)行照射，每20min取樣一次進(jìn)行離心，然后測(cè)吸光度，通過吸光度計(jì)算污染物的含量。
【文檔編號(hào)】C02F1/30GK106031875SQ201510108953
【公開日】2016年10月19日
【申請(qǐng)日】2015年3月12日
【發(fā)明人】鄒學(xué)軍, 郭艷杰, 董玉瑛, 徐嬌
【申請(qǐng)人】大連民族學(xué)院