一种负载Ag-AgCl纳米粒子的聚合物核壳结构TiO2光催化剂的制备方法

摘要

一种负载Ag-AgCl纳米粒子的聚合物核壳结构TiO2光催化剂的制备方法，本发明涉及TiO2光催化剂的制备方法。本发明要解决现有二氧化钛为基础的传统光催化材料具有光响应范围窄及催化剂活性不高的问题。方法：将电纺丝TiO2加入到银源的水溶液中，超声搅拌，然后离心处理并洗涤，再将洗涤后的产物分散于蒸馏水中，将聚合物单体和六水氯化铁加入体系中，离心处理并洗涤，即得到负载Ag-AgCl纳米粒子的聚合物核壳结构TiO2光催化剂。本发明用于一种负载Ag-AgCl纳米粒子的聚合物核壳结构TiO2光催化剂的制备。

说明书

技术领域

本发明涉及TiO₂光催化剂的制备方法。

背景技术

金属纳米粒子由于其具有独特的物理、化学和生物特性吸引了越来越多的科学研究者 的注意。这些特性使得金属纳米粒子广泛应用在能源转换、传感器、生物医药、尤其是催 化剂方面。研究显示，纳米粒子拥有很高的比表面积，令其具有非常高的催化活性。然而， 在实际应用的过程中纳米材料也存在着不足之处。纳米粒子在溶液中会发生严重的聚集， 从而导致了其催化活性的明显降低吗，这点严重的阻碍了纳米粒子在现实生活中的广泛应 用。

聚合物导电高分子材料，聚合物为交联高分子，可以将纳米粒子在聚合过程中锚定在 聚合物高分子体系内。可以有效防止纳米粒子聚集。同时聚合物高分子颜色深，容易吸收 更多的可见光。

随着经济发展和人口膨胀，环境污染已经威胁到人类生存，环境问题已经成为全球性 的重要课题。与传统方法相比，光催化降解有机污染物具有无毒，高效，价廉等优点，有 望成为新的高效节能的环境污染治理方法。目前，以二氧化钛为基础的传统光催化材料具 有光响应范围窄及催化剂活性不高的缺点。

发明内容

本发明要解决现有二氧化钛为基础的传统光催化材料具有光响应范围窄及催化剂活 性不高的问题，而提供一种负载Ag-AgCl纳米粒子的聚合物核壳结构TiO₂光催化剂的制 备方法。

一种负载Ag-AgCl纳米粒子的聚合物核壳结构TiO₂光催化剂的制备方法，具体是按 照以下步骤进行的：

一、将电纺丝TiO₂加入到银源的水溶液中，超声1min～60min，然后搅拌1h～10h， 得到分散溶液A；

所述的电纺丝TiO₂的质量与银源的水溶液的体积比为1mg:(0.01～0.5)mL；

二、在转速为1000r/min～8000r/min下，将步骤一得到的分散溶液A离心处理 3min～15min，再用去离子水洗涤1次～10次，然后将洗涤后的产物分散于蒸馏水中，并超 声1min～10min，得到分散溶液B；

所述的电纺丝TiO₂的质量与蒸馏水的体积比为1mg:(1～100)mL；

三、在搅拌条件下，将聚合物单体加入到分散溶液B中，搅拌1h～8h，再向体系中 加入六水氯化铁，搅拌反应3h～20h，然后在转速为1000r/min～8000r/min下，离心处理 3min～15min，最后再用去离子水洗涤1次～10次，即得到负载Ag-AgCl纳米粒子的聚合 物核壳结构TiO₂光催化剂；

所述的聚合物单体的质量与分散溶液B的体积比为1g:(10～1000)mL；所述的聚合物 单体与六水氯化铁的质量比为1:(1～10000)。

本发明的有益效果是：1、本发明制备的催化剂具有比一般催化剂更高的稳定性，避 免了材料因聚集导致的催化活性低的问题，可延长催化剂的使用寿命，减少经济成本。

2、本发明所制备的催化剂比传统的二氧化钛光催化剂具有更宽的响应范围和更高的 光催化材料的量子效率。

3、本发明所制备的催化剂对污水中染料具有很强的降解作用。

本发明用于一种负载Ag-AgCl纳米粒子的聚合物核壳结构TiO₂光催化剂的制备。

附图说明

图1为电纺丝TiO₂纳米线的SEM照片；

图2为实施例制备的Ag-AgCl/PTTiO₂复合材料的SEM照片；

图3为实施例制备的Ag-AgCl/PTTiO₂复合材料的TEM照片；

图4是实施例制备的光催化剂的催化性能图；a为二氧化钛作为光催化剂的紫外可见 吸收光谱测试所得的曲线；b为实施例制备的光催化剂催化后的紫外可见吸收光谱测试所 得的曲线；

图5是实施例制备的光催化剂对反应体系进行催化，经过回收使用不同次数时，染料 降解硼氢化钠还原亚甲基蓝为原始量的10％所需要的时间的曲线。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的 任意组合。

具体实施方式一：本实施方式所述的一种负载Ag-AgCl纳米粒子的聚合物核壳结构 TiO₂光催化剂的制备方法，具体是按照以下步骤进行的：

一、将电纺丝TiO₂加入到银源的水溶液中，超声1min～60min，然后搅拌1h～10h， 得到分散溶液A；

所述的电纺丝TiO₂的质量与银源的水溶液的体积比为1mg:(0.01～0.5)mL；

二、在转速为1000r/min～8000r/min下，将步骤一得到的分散溶液A离心处理 3min～15min，再用去离子水洗涤1次～10次，然后将洗涤后的产物分散于蒸馏水中，并超 声1min～10min，得到分散溶液B；

所述的电纺丝TiO₂的质量与蒸馏水的体积比为1mg:(1～100)mL；

三、在搅拌条件下，将聚合物单体加入到分散溶液B中，搅拌1h～8h，再向体系中 加入六水氯化铁，搅拌反应3h～20h，然后在转速为1000r/min～8000r/min下，离心处理 3min～15min，最后再用去离子水洗涤1次～10次，即得到负载Ag-AgCl纳米粒子的聚合 物核壳结构TiO₂光催化剂；

所述的聚合物单体的质量与分散溶液B的体积比为1g:(10～1000)mL；所述的聚合物 单体与六水氯化铁的质量比为1:(1～10000)。

二氧化钛的催化光区范围比较窄，通过对其进行与银纳米粒子的掺杂可以降低其在光 照射时电子跃迁能，使得光催化范围向可见光区移动。氯化银纳米粒子在与二氧化钛掺杂 复合过程中可引入晶格氧空位或部分氧空位被取代，这使二氧化钛禁带变窄，从而扩大辐 射光的影响范围，因此，所制备的催化剂比传统的二氧化钛光催化剂具有更宽的响应范围。 同时聚吡咯的黑色外壳可以吸收更多的可见光，这对提高光催化效率也有一定的促进作 用。

本实施方式的有益效果是：1、本实施方式制备的催化剂具有比一般催化剂更高的稳 定性，避免了材料因聚集导致的催化活性低的问题，可延长催化剂的使用寿命，减少经济 成本。

2、本实施方式所制备的催化剂比传统的二氧化钛光催化剂具有更宽的响应范围和更 高的光催化材料的量子效率。

3、本实施方式所制备的催化剂对污水中染料具有很强的降解作用。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的电纺 丝TiO₂的直径为100nm～1000nm。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：步骤一中 所述的银源的水溶液的浓度为0.01mol/L～10mol/L。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中 所述的银源的水溶液为硫酸银的水溶液、氰化银的水溶液、氧化银的水溶液和硝酸银的水 溶液中的一种或其中几种的混合物。其它与具体实施方式一至三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤三中 所述的聚合物单体为噻吩单体、吡咯单体或苯胺单体。其它与具体实施方式一至四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中 在转速为1000r/min～8000r/min下，将步骤一得到的分散溶液A离心处理15min。其它与 具体实施方式一至五相同。

本实施方式作用为除去没有附着到TiO₂上的银离子。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤三中 在转速为1000r/min～8000r/min下，离心处理15min。其它与具体实施方式一至六相同。

本实施方式作用为除去没有反应的聚合物单体以及铁离子。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例：

本实施例所述的一种负载Ag-AgCl纳米粒子的聚合物核壳结构TiO₂光催化剂的制备 方法，具体是按照以下步骤进行的：

一、将100mg直径为300nm的电纺丝TiO₂加入到10mL浓度为0.5mol/mL的硝酸银 水溶液中，超声30min，然后搅拌1h，分散溶液A；

二、在转速为6000r/min下，将步骤一得到的分散溶液A离心处理5min，再用去离 子水洗3次，然后将洗涤后的产物分散于120mL蒸馏水中，并超声20min，得到分散溶 液B；

三、在搅拌条件下，将0.05mg噻吩单体加入到分散溶液B中，搅拌5h，再向体系 中加入100mg六水氯化铁，搅拌反应20h，然后在转速为7000r/min下，离心处理10min， 最后再用去离子水洗涤3次，得到负载Ag-AgCl纳米粒子的聚合物核壳结构TiO₂光催化 剂，即Ag-AgCl/PTTiO₂复合材料。

图1为电纺丝TiO₂纳米线的SEM照片，图2为实施例制备的Ag-AgCl/PTTiO₂复 合材料的SEM照片，由图可知，其直径有所增长，外观圆润，合成的复合材料表观很好。

图3为实施例制备的Ag-AgCl/PTTiO₂复合材料的TEM照片，由图可知，纳米线 为核壳结构，说明外部包覆了PT，同时可以在图片中看出壳体上锚定着一些无机物纳米 粒子。

图4是实施例制备的光催化剂的催化性能图；a为二氧化钛作为光催化剂的紫外可见 吸收光谱测试所得的曲线；b为实施例制备的光催化剂催化后的紫外可见吸收光谱测试所 得的曲线；由图可知，从曲线中可以看出本实施例制备的光催化剂对染料降解硼氢化钠还 原亚甲基蓝的光催化活性远远高于没有进行改性的光催化剂，证实了本实施例合成的光催 化剂具有较高的光催化活性。

图5是实施例制备的光催化剂对反应体系进行催化，经过回收使用不同次数时，染料 降解硼氢化钠还原亚甲基蓝为原始量的10％所需要的时间的曲线。由图可知，催化剂的 催化时间经过使用次数的增多有所增长，但是六次试验所增长的时间并没有太大波动，这 说明催化剂具有良好的稳定性。