活性碳负载磷酸银光催化剂的制备及其光催化性能.doc

本科毕业论文本科毕业论文 题目 活性碳负载磷酸银的制备及其光催化性能 学院 化学与化工学院 班级 09 级化学 6 班 姓名 高 学 庆 指导教师 王 俊 丽 职称 讲 师 完成日期 2013 年 06 月 05 日 活性碳负载磷酸银光催化剂的制备及其光催化性能 摘要 本法采用沉积转变法制备活性碳负载磷酸银的光催化剂 通过控制生成 ag3po4的质量和加入活性碳的质量 可制得磷酸银的比例依次为 10 50 的 活性碳负载磷酸银光催化剂 之后以甲基橙的光催化降解为模型 评价了不同 含量磷酸银的活性碳负载磷酸银光催化剂的光催化性能 结果表明 当光催化 剂活性碳负载磷酸银的用量为 1 1 g l 时 经 60 min 的模拟可见光光催化反应 30 mg l 的甲基橙的脱色率可达 83 其中 ag3po4含量为 50 的活性碳负载磷 酸银光催化剂的光催化效果最好 关键词 活性碳 磷酸银 光催化 可见光 目 录 1 前言 1 2 实验部分 2 2 1 试剂与仪器 2 2 2 催化剂的制备 2 2 2 1 纳米磷酸银光催化剂的制备 2 2 2 2 活性碳负载磷酸银光催化剂的制备 2 2 3 催化剂的光催化降解实验 3 3 结果与讨论 3 3 1 磷酸银的制备原理 3 3 2 活性碳负载磷酸银光催化剂的光催化活性 4 4 结论 5 参考文献 5 致谢 7 1 1 前言 作为治理环境的一种新兴方法 光催化技术受到了广泛关注 光催化技术 是在 20 世纪 70 年代发展起来的基础纳米技术 在我国我们常常用光触媒这个 通俗词来代替光催化剂 光催化反应 1 顾名思义 就是在光的照射下 材料 表面通过发生电子的激发和转移 光子所携带的能量转化成为电子所携带的化 学能 这样就形成了具有强氧化或者强还原能力的各种活性基团 这些活性基 团能将吸附在材料表面上的有机物质分解破坏 转变成二氧化碳和水 从而就 达到了清洁的目的 这些活性基团还能杀灭或破坏材料表面的细菌和病毒 从 而达到清除污渍 抑菌 除臭 抗菌的功能 从 fujishima 和 honda 2 发现在紫 外光照射的条件下 tio2作为光阳极时 可分解 h2o 为 h2和 o2之后 tio2 的纳米半导体光催化氧化技术在净化空气 治理污染等领域得到了广泛的运用 3 5 然而 由于通常用的宽带隙光催化材料 tio2的量子化效率低 约 4 6 且光催化反应只能在紫外光条件下才可进行 7 这些都极大的限制了它对太阳 光的利用 所以 探索和开发利用太阳光的新型高效半导体光催化剂 成了当 今研究的热点问题之一 目前已发现很多能吸收可见光的光催化剂 比如氧化亚铜 cu2o 8 9 磷酸 银 ag3po4 10 13 等 其中 磷酸银是一种重要的半导体材料 其优异的可见光 光催化活性已经被 yi 课题组 14 15 研究发现 umezawa naoto 等 16 则应用密度泛 函理论计算分析得出了磷酸银有较好可见光光催化活性的原因 磷酸银光催化 剂非常具有最应用前景 但因为银的成本比较高 而且还存在降解活性较慢的 局限 近几年来 在 ag3po4作光催化剂的领域进行了广泛的研究 其中有半导 体光催化剂的负载 离子掺杂等方案 ye j h 等 17 用不同的方法制备出具有不 同晶型的纳米磷酸银 并在模拟太阳光氙灯照射的情况下 用磷酸银光催化剂 对水中有机污染物降解进行了研究 结果表明 用醋酸银 ch3cooag 和磷 酸氢二钠 na2hpo4 为原料 可直接制得的具有菱方十二面体晶型的磷酸银 这种磷酸银的光催化活性最好 用硝酸银 agno3 氨水 nh3 h2o 和磷酸 氢二钠 na2hpo4 可合成的立方磷酸银 这种磷酸银的光催化性能次之 王 韵芳等 18 则用沉淀转换法 19 制备出了磷酸银 并在模拟太阳光的氙灯照射下 考察了其对水中有机污染物的光催化降解性能 同时采用 xrd uv vis 及 xps 对其进行了表征 对其光催化机理进行了较详细的分析 这些为磷酸银处 理水中有机污染物的实际应用提供了依据 但是 实践发现纯的磷酸银很难回 2 收再利用 并且处理浓度高的有机污染物时效果不太明显 所以 提高磷酸银 处理浓度高的有机污染物的光催化效能是目前研究的主要方向 本文通过在原料中加入活性碳 20 22 其具有稳定的化学性质 非常发达的 孔隙结构 巨大的比表面积 制备出活性碳负载磷酸银的新型光催化剂 以增 强磷酸银的光催化活性 并通过在模拟太阳光氙灯的照射下 探究了其对高浓 度有机物催化脱色效果 2 实验部分 2 1 试剂与仪器 试剂 硝酸银 天津市风船化学试剂科技有限公司 碳酸氢钠 中国医药公司北京采购供应站 磷酸氢二钠 北京红星化工厂 活性碳 天津市化学试剂批发公司 甲基橙 天津市化学试剂一厂 以上试剂均为分析纯 仪器 jj 增力电动搅拌器 菏泽市石油化工学校设备厂 kq5200de 型数控超声波清洗器 江苏省昆山超声波仪器有限公司 80 2 离心机 菏泽市石油化工仪器设备厂 gzx 9076 mbe 电热数显恒温鼓风干燥箱 上海博迅实业有限公司医疗设 备厂 fa1104 电子天平 上海舜宇恒平科学仪器有限公司 722e 型分光光度计 上海光谱仪器有限公司 短弧氙灯 汞灯稳流电源 模拟可见光灯 北京畅拓科技有限公司 分析天平 上海天平仪器厂 2 2 催化剂的制备 2 2 1 纳米磷酸银光催化剂的制备 向 100 ml 0 1 mol l 的硝酸银 agno3 溶液中缓慢滴加 60 ml 0 1 mol l 的碳酸氢钠 nahco3 溶液 得到淡黄色浑浊液碳酸银 ag2co3 滴加完毕 3 后 于室温下继续搅拌 2 5 h 然后 再将 33 ml 0 1 mol l 磷酸氢二钠 na2hpo4 缓慢滴入上述浑浊液中 既得到金黄色的磷酸银 ag3po4 沉淀 滴加完毕后 于室温下继续搅拌 5 h 所得磷酸银沉淀用蒸馏水洗涤至中性 最 后 再在 80 下干燥 24 h 即得磷酸银 ag3po4 光催化剂 2 2 2 活性碳负载磷酸银光催化剂的制备 分别在 108 ml 86 ml 65 ml 43 ml 22 ml 0 1 mol l 的硝酸银 agno3 溶液中加入 1 5 g 1 8 g 2 1 g 2 4 g 2 7 g 活性碳并于室温下搅拌 1 h 然后再向上述溶液分别缓慢加入 60 ml 50 ml 40 ml 25 ml 15 ml 0 1 mol l 的碳酸氢钠 nahco3 溶液 滴加完毕后继续搅拌 3 5 h 最后 分 别加入 36 ml 29 ml 23 ml 15 ml 8 ml 0 1 mol l 磷酸氢二钠 na2hpo4 溶液 滴加完毕后 继续搅拌 6 h 所得样品用蒸馏水洗涤并在 80 下干燥 24 h 便得 ag3po4比例分别为 50 40 30 20 10 的活性 碳负载磷酸银的光催化剂 2 3 催化剂的光催化降解实验 在 500 w 的可见光 高压氙灯 照射下 每次实验将 100 mg 的催化剂样 品加到 90 ml 30 mg l 的甲基橙溶液中 反应在包有铝箔纸的烧杯中进行 以防 止光的泄漏 在光催化过程中 每隔 10 min 取样一次 并立即离心以除去光催 化剂 取上层清液 有机染料甲基橙的浓度变化用分光光度法测定 用 722e 型分光光度计在甲基橙的最大吸收波长 max 464 nm 处测定其吸光度值 按 照以下的公式计算脱色率 并以甲基橙的降解率来表征活性碳负载磷酸银光催化 剂的光催化活性 脱色率 100 0 0 a aa d 式中 d 为脱色率 a0 a 分别代表染料降解反应前后的吸光度值 4 3 结果与讨论 3 1 磷酸银的制备原理 沉淀转化法制备硝酸银的反应方程式如下 2 agno3 nahco3 ag2co3 nano3 hno3 3ag2co3 2na2hpo4 2ag3po4 2na2co3 co2 h2o 3 2 活性碳负载磷酸银光催化剂的光催化活性 下图为磷酸银含量不同的活性碳负载磷酸银光催化剂在不同时间下在可见 光 高压氙灯 照射下对 30 mg l 甲基橙的光催化降解情况 5 图 活性碳负载磷酸银的可见光光催化活性 fig the visible light photocatalytic activity of activated carbon loaded silver phosphate 从图可以看出 含磷酸银比例不同的活性碳负载磷酸银光催化剂要比纯的 磷酸银光催化剂的催化效果要好 其中 4 号光催化剂的的活性碳负载磷酸银 的光催化效果最好 即磷酸银含量为 50 4 结论 采用沉积转换法制备的活性碳负载磷酸银的新型可见光催化剂 以中性条 件下水中污染有机物的降解考察了活性碳负载磷酸银的光催化性能 并对其进 行了物理 化学特性表征和活性物种测试 得出以下结论 1 本法采用制备简单的沉积转换法制备出活性碳负载磷酸银光催化剂 其中 由 108 ml 0 1 mol l 的硝酸银溶液 1 5 g 活性碳 60 ml 0 1 mol l 碳酸 氢钠和 36 ml 0 1mol l 磷酸氢二钠在常温下制备得到的磷酸银含量为 50 活性 碳负载磷酸银光催化剂的光催化效果最好 2 在模拟太阳光照射下 1 1 g l 活性碳负载磷酸银光催化剂 经 60 min 可使初始浓度为 30 mg l 的甲基橙的降解率达 80 左右 比同等条件下纯 磷酸银要的催化效果要好 参考文献 1 黄垒 彭峰 可见光光催化机理研究进展 j 工业催化学报 2007 15 3 5 11 2 fujishimaa hondak electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode nature 1972 238 5358 37 38 3 赵文宽 覃榆森 方佑龄 等 水面石油污染物的光催化降解漂浮负载型 tio2 光催化剂的制 备 j 催化学报 1999 20 3 368 372 4 宋绵新 周天亮 王峰 tio2 光催化剂改性掺杂与负载技术研究进展 j 材料导报 2006 20 8 16 20 5 董振海 胥维昌 光催化降解染料废水的现状及展望 j 染料与染色 2003 40 3 175 176 178 6 michael r h scot t m choi w et al j chem rev 1995 95 69 96 7 葛飞 戴友芝 罗卫玲 tio2 光催化氧化技术在环保领域的研究新进展 j 化工进展 2001 12 20 22 8 宋继梅 张小霞 等 立方状和球状氧化亚铜的制备及光催化性能 j 应用化学 2010 27 11 1328 1333 9 赵彬 谢斌 氧化亚铜形貌及其颗粒度对光催化性能的影响 j 四川理工学院学报 自然 科学版 2012 25 1 35 37 6 10 韩秀秀 何文 等 磷酸银纳米粒子的合成及机理分析 j 山东陶瓷 2010 33 1 26 28 11 谢东 溶液酸度与 ag 3 po4 沉淀生成及溶解关系的讨论 j 大学化学 2011 26 2 73 74 12 段丽萍 磷酸体系的平衡计算及磷酸银生成条件的探索 j 阴山学刊 2007 21 2 61 63 13 王岩 王长平 林伦 磷酸盐抗菌粉体的研究及应用 j 硅酸盐通报 2004 3 91 93 14 yi z g ye j h kikugawa n et al an or thophosphate semiconductor with photo oxidation properties under visible light irradiation j nature mater 2010 9 559 564 15 yi z g withers r l liu y a two step approach towards solar driven waters plitting j electro chem commun 2011 13 28 30 16 umezawa n shuxin o ye j h theoretical study of high photocatalytic performance of ag3po4 j phys rec b 2011 83 035202 1 8 17 ye j h et al facet effect of single crystalline ag3po4 sub microcrystals on photocatalytic properties j am chem soc 2011 133 6490 6492 18 王韵芳 樊彩梅 ag3po4 的可见光光催化性能及机理分析 j 无机化学学报 2012 28 2 347 351 19 马培燕 吴燕 一种高效可见光催化剂磷酸银及其制备方法 中国 专利号 p 201010516084 6 2011 01 12 20 丁海燕 王玉萍 彭盘英 负载二氧化钛催化剂的制备与性能 j 南京师大学报 自然科学 版 2004 27 1 63 67 21 matos j laine j herrmannm j effectof the type of activated carbons on the photon catalytic degradation of aqueous organic pollutants by uv irradiated titanic j journal of catalysis 2001 200 1 10 20 22 huang c p fu p l treatment of arsenic v containing water by the activated carbon process j j water pollution control fed 1984 56 3 233 241 preparation and photocatalytic properties of activated carbon loading silver phosphate catalyst abstract the method using optical catalyst preparation activated carbon loading silver phosphate deposition conversion method by controlling the production and quality of ag3po4 with activated carbon quality can get the silver phosphate ratios were activated carbon 10 50 supported silver catalyst phosphoric acid the photocatalytic degradation of methyl orange as a model the photocatalytic performance evaluation of activated carbon with different content of silver phosphate load phosphate silver catalyst the results show that when the light ca