微波法制備石墨烯/磷酸銀光催化納米復合材料的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明屬于納米復合材料制備及光催化技術領域。
【背景技術】
[0002]伴隨著工業(yè)飛速發(fā)展，環(huán)境污染和能源緊缺等問題變得日益嚴峻。廢水、廢氣排放造成的污染嚴重影響了人們的生活質量，甚至威脅著人類的生存，能源短缺則必然抑制經(jīng)濟發(fā)展和社會進步。因此，治理污染和提高可再生能源的利用成為近年來科技工作的重要努力方向。納米光催化技術由于設備簡單、操作易實現(xiàn)，可利用太陽能，且無毒無害、無二次污染等突出優(yōu)點，成為公認的在能源和環(huán)境領域具有廣闊應用前景的綠色技術，是治理環(huán)境污染的重要手段。目前應用的主要是以二氧化鈦、氧化鋅等為代表的寬帶隙納米半導體光催化劑，由于其光吸收要位于紫外光區(qū)，導致太陽能利用率低。因此，開發(fā)新型高效的納米光催化劑具有重要應用意義。
[0003]近年來，人們在研究中發(fā)現(xiàn)，磷酸銀在可見光照射下具有很強的氧化能力，能夠有效地光解水或者迅速降解水中的有機污染物，使其成為備受關注的可見光催化劑。但磷酸銀穩(wěn)定性差，易發(fā)生光腐蝕，導致其使用壽命短。石墨烯具有優(yōu)異的電子受體和傳輸通道，將其與磷酸銀復合后，當復合物受到光照時，磷酸銀受到激發(fā)而從價帶進入導帶的電子就會迅速迀移到石墨烯表面，并在石墨烯表面發(fā)生光催化反應，從而有效抑制光成光生電子_空穴對的復合，減弱光腐蝕，顯著提高磷酸銀的光催化效率和重復利用性能，文獻報道證實了這一點[B.Chai，J.Li and Q.Xu.Reduced Graphene Oxide Grafted AgsPCUCompositeswith Efficient Photocatalytic Activity under Visible-Light Irradiat1n[J].1nd.Eng.Chem.Res.2014，53,8744-8752.]。
[0004]發(fā)明專利CN201210437447.6以牛血清蛋白為形貌控制劑，采用化學沉淀法制備了磷酸銀納米球/石墨烯復合材料，以其為光催化劑，150瓦氙燈為光源，60min可將濃度為52ppm的羅丹明B溶液完全降解;發(fā)明專利CN201210085277采用水熱法制備了磷酸銀/石墨烯納米復合材料，以其為光催化劑，在可見光照射下能夠有效降解染料羅丹明B和亞甲基藍;發(fā)明專利CN201310540124.4采用光輔還原法制備了磷酸銀/石墨烯納米復合材料，其以為光催化劑，在可見光照射下可有效降解羅丹明B。但上述發(fā)明有的原料相對復雜，反應時間較長;有的反應條件不溫和，需要高溫、高壓;有的制備步驟繁瑣，不利推廣。另外，上述發(fā)明僅探討了所制備材料對文獻報道相對容易降解的堿性染料羅丹明B和亞甲基藍的光催化降解情況，未應用于結構比較穩(wěn)定，相對難降解的其它污染物，如偶氮類染料等的光催化降解。因此，開發(fā)簡單、快速、環(huán)境友好的制備石墨烯/磷酸銀納米復合光催化劑的新方法，拓寬其應用范圍具有重要的應用意義。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種低成本，高效率制備在模擬日光下具有優(yōu)異光催化性能的石墨稀/磷酸銀光催化納米復合材料的新方法。
[0006]本發(fā)明的上述目的是通過如下技術方案得以實現(xiàn)的:
[0007](I)將氧化石墨溶于去離子水中，并在超聲功率為300W?500W的條件下超聲處理2h，得到濃度為1.5g.L—1的氧化石墨烯水溶液A;
[0008](2)將硝酸銀溶于去離子水中，配制濃度為0.1mol.L—1的硝酸銀溶液B;
[0009](3)按溶液A與溶液B的體積比為1: 5.5?6將溶液A與B混勻，攪拌下向混合溶液中滴加與溶液B的體積比為1:1，濃度為0.05mol.L—1的磷酸氫二鈉溶液，然后用氨水調節(jié)上述反應體系至pH= 12，再在攪拌下繼續(xù)反應30min，得到棕黃色懸浮液C;
[0010](4)將步驟(3)所得懸浮液C置于微波反應儀中，控制超聲功率為500W，用功率密度為6kW.m—2的微波福照40min;
[0011](5)將步驟(4)所得反應物離心分離，用去離子水洗滌所得沉淀三次，并于70°C下干燥沉淀，得到石墨稀/磷酸銀光催化納米復合材料。
【附圖說明】
[0012]圖1為氧化石墨烯和實施例1中所制得的石墨烯/磷酸銀光催化納米復合材料的拉曼光譜。
[0013]圖2為實施例1中所制得的石墨烯/磷酸銀光催化納米復合材料的XRD衍射圖譜。
[0014]圖3為實施例1中所制得的石墨烯/磷酸銀光催化納米復合材料的TEM照片。
[0015]圖4為模擬日光照射下以實施例1中所得石墨烯/磷酸銀光催化納米復合材料為光催化劑降解甲基橙溶液時甲基橙的降解率隨時間變化曲線。
【具體實施方式】
[0016]實施例1:
[0017](I)稱取0.15g氧化石墨，用去離子水溶解，并定容至lOOmL，控制超聲功率為500W，超聲處理2h，得到氧化石墨烯水溶液A;
[0018](2)稱取0.85g硝酸銀，用去離子水溶解，定容至50mL，得到溶液B;
[0019]( 3)將8.5mL溶液A與50mL溶液B混勻，邊攪拌邊向其中逐滴加入50mL濃度為
0.05mol.L—1的磷酸氫二鈉溶液，再用氨水調節(jié)上述溶液至pH=12，然后繼續(xù)在攪拌下反應30min，得到棕黃色懸浮液C;
[0020](4)將步驟(3)所得懸浮液C置于微波反應儀中，控制超聲功率為500W，用功率密度為6kW.m—2的微波福照40min;
[0021](5)將步驟(4)所得反應物離心分離，用去離子水洗滌所得沉淀三次，于70°C下干燥沉淀，得到石墨稀/磷酸銀光催化納米復合材料。
[0022]附圖1為氧化石墨烯和實施例1所得制備產(chǎn)物的拉曼光譜。圖中位于1350cm—1處的D峰是由石墨結構中的缺陷引起的，位于1594cm—1處的G峰則歸因于碳原子的SP2鍵在平面上的震動。與氧化石墨烯相比，所得制備產(chǎn)物的拉曼光譜的D峰強度增大，D/G(ID/IC)值變大，表明在微波輻照過程中氧化石墨烯被還原。
[0023]附圖2為實施例1所得制備產(chǎn)物的XRD圖譜。該譜圖與立方結構磷酸銀的XRD標準卡片JCPDS74-091完全相吻合，證明制備產(chǎn)物中有立方結構磷酸銀。
[0024]附圖3為制備產(chǎn)物的TEM照片。附圖3中球型結構物質為磷酸銀，片層薄膜結構物質為石墨烯。磷酸銀納米球附著于石墨烯薄片上。
[0025]上述表征結果證實制備產(chǎn)物為石墨烯/磷酸銀納米復合材料。
[0026]附圖4為以實施例1所制備的石墨烯/磷酸銀納米復合材料為光催化劑，光強度為36001UX的氙燈為光源，光催化降解甲基橙溶液時甲基橙降解率隨時間變化曲線。由附圖4可見，8min，甲基橙降解率達到98%。
【主權項】
1.微波法制備石墨烯/磷酸銀光催化納米復合材料，其特征在于制備在常溫下進行，步驟如下: (1)將氧化石墨溶于去離子水中，并在超聲功率為300W?500W的條件下超聲處理2h，得到濃度為1.5g.L—1的氧化石墨烯水溶液A; (2)將硝酸銀溶于去離子水中，配制成濃度為0.1mol.L—1的硝酸銀溶液B; (3)按溶液A與溶液B的體積比為1:5.5?6將溶液A與B混勻，攪拌下向混合溶液中滴加與溶液B的體積比為1:1，濃度為0.05mol.L—1的磷酸氫二鈉溶液，然后用氨水調節(jié)上述反應體系至pH= 12，并在攪拌下繼續(xù)反應30min，得到棕黃色懸浮液C; (4)將步驟(3)所得懸浮液C置于微波反應儀中，控制超聲功率為500W，用功率密度為6kff.m—2的微波福照40min; (5)將步驟(4)所得反應物離心分離，用去離子水洗滌所得沉淀三次，并于70°C下干燥沉淀，得到石墨稀/磷酸銀光催化納米復合材料。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種以氧化石墨烯、硝酸銀和磷酸氫二鈉為原料，采用微波輔助還原制備石墨烯/磷酸銀光催化納米復合材料的新方法。其主要步驟是：1)將氧化石墨烯溶于水并超聲剝離；2)將制得的氧化石墨烯溶液與其它兩種反應組分混勻后置于微波反應儀中進行微波輻照。所得石墨烯/磷酸銀光催化納米復合材料由石墨烯片與磷酸銀納米球組成，磷酸銀納米球附著于石墨烯片表面。本發(fā)明的優(yōu)點是原料來源廣泛，不需要輔助試劑，工藝過程簡單，反應條件溫和，反應周期短，制備效率高，適合大量制備。所制備的石墨烯/磷酸銀納米復合光催化劑具有優(yōu)異的光催化性能，以其為催化劑，在光強度為3600lux的模擬日光照射下降解甲基橙溶液8min，甲基橙的降解率可達到98％。
【IPC分類】B01J27/18
【公開號】CN105664985
【申請?zhí)枴緾N201610004885
【發(fā)明人】李鎮(zhèn)江, 邵健, 張猛, 范曉彥, 孟阿蘭
【申請人】青島科技大學
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年1月5日