磷酸银系光催化剂的制备及其性能研究

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磷酸银(Ag3PO4)禁带宽度Eg=2.3 eV,可以吸收可见光,所以在可见光照射下具有优异的光催化性能,从而引起了人们的关注。但是Ag3PO4在可见光或者紫外光的照射下会发生分解,产生银单质导致光催化率降低,限制了其在光催化降解领域的应用。因此,通过对Ag3PO4改性,提高Ag3PO4的光催化效率和稳定性。进而提高其在实际应用中的地位。先采用原位沉淀法制备出Ag3PO4,通过降解甲基橙(MO)溶液,选择出最优制备工艺。再采用原位沉淀法分别与水热法表面修饰后的纳米棒状TiO2,纳米针状ZnO进行复合,制备了纳米棒状Ag3PO4/Ti O2和纳米针状Ag3PO4/ZnO复合材料。探究其对甲基橙、苯酚等溶液的降解效率影响,对其可能的光催化机理进行了研究。为了进一步调控Ag3PO4的尺寸大小,提高纳米Ag3PO4的稳定性和光催化活性,采用水热法合成了纳米Ag3PO4。通过降解甲基橙(MO),选择出最好的光催化剂制备条件。并采用二次水热法将其与纳米棒状TiO2进行复合改性,合成了光催化性能优异、稳定性良好的纳米棒状Ag3PO4/TiO2。探究了Ag3PO4/TiO2对甲基橙、苯酚等溶液的降解效果影响,对其可能的光催化机理进行了研究。实验结果如下:(1)以硝酸银和磷酸二氢钠为原料,采用原位沉淀法制备纳米Ag3PO4时:硝酸银和磷酸二氢钠的摩尔比为1:3,干燥温度为60℃,干燥6h的条件下,制备的纳米Ag3PO4光催化效果最好,在可见光照射下,纳米Ag3PO4对MO溶液的降解率达到了38%左右。(2)为了提高Ag3PO4的稳定性、抑制Ag3PO4光生电子-空穴的复合,采用二次原位沉淀法制备了纳米棒状Ag3PO4/TiO2光催剂。为了增强Ag3PO4和TiO2的复合能力,首先采用水热法制备了具有较大比表面积的一维棒状TiO2,再通过原位沉淀法将Ag3PO4负载于其上。结果表明:当Ag:Ti的摩尔比为0.6:1时,二者对MO和苯酚的的光催化效果最佳,稳定性也提高了。在可见光照射75min后对MO和苯酚的降解效率分别达到了97%和81%。在循环降解5次后,光催化效果依然保持在82%左右。(3)本文首先采用水热法合成了比表面积较大的一维针状ZnO,再通过原位沉淀法将Ag3PO4负载于ZnO表面。结果表明:Ag:Zn摩尔比为1:3,样品在可见光照射下的降解率最高,对MO和苯酚溶液的降解效果都达到了90%以上。Ag3PO4/ZnO光催化剂的光催化活性远远大于纯Ag3PO4和Zn O的活性。并且纳米Ag3PO4的稳定性也提高了,在循环降解5次之后,降解率保持在76%左右。(4)本文以硝酸银、磷酸二氢钠、聚乙二醇为原料,研究了水热时间、温度、原料配比等因素对纳米Ag3PO4光催化效果所产生的影响,确定了水热法制备纳米Ag3PO4的最佳工艺。实验表明:当硝酸银和磷酸二氢钠的摩尔比为1:3,水热反应温度为140℃,水热反应时间4h时,Ag3PO4对MO溶液的光催化效果最佳,在可见光照射下,降解率达到了57%左右。(5)利用水热法合成的纳米棒状TiO2为基体,通过二次水热法合成了Ag3PO4/TiO2复合光催化剂。通过光催化实验表明:当Ag3PO4与TiO2的摩尔比为3:1时,在可见光照射40min后Ag3PO4/TiO2对MO和苯酚溶液的降解率可以到达92%以上。并且Ag3PO4/TiO2复合光催化剂的光催化效果大于纯Ag3PO4和TiO2。在光催化循环降解5次之后,Ag3PO4/TiO2的光降解率保持在80%左右。
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