一种等离子体共振效应三元纳米太阳光催化材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种具有等离子体共振效应的Ag/AgBr/BiOBr/TiO2三元纳米光催化材料，用于降解水体中的有机污染物。该光催化材料可以高效地利用太阳光降解水体中的污染物，可用于地表水污染治理，属于水污染控制领域。该方法主要利用Ag/AgBr的等离子体共振效应和BiOBr的较高可见光利用效率改性TiO2，使得最终材料可以高效利用太阳光产生自由基而实现水体污染物的高效降解。本方法制备的材料有以下几大优势：（1）Ag/AgBr的等离子体共振效应可以有效抑制催化过程中的光生电子‑空穴对的复合（降低能量损失），掺杂的BiOBr可以弥补TiO2可见光利用率低的缺点，从而实现高效的太阳光利用率，在节能环保的条件下高效去除水体中的有机污染物；（2）材料在水中具有高的稳定性，易于回收，减少二次污染的产生。

说明书

技术领域

本发明属于光催化技术领域，涉及合成一种具有等离子体共振效应的Ag/AgBr/BiOBr/TiO

背景技术

随着社会工业的发展，石油冶炼，矿产开采和制造业等工业过程中排放的废水数量不断增加，这些废水中包含了各种难降解的有机污染物，例如多环芳烃（PAHs），多氯联苯（PCBs），多氯化萘（PCN）等。然而，传统的废水处理方法，即生物处理法和传统高级氧化法，几乎无法达到令人满意的处理效果。因此，排出的废水仍对水生生物和人类健康构成潜在威胁。近年来，光催化技术作为一种先进的高级氧化技术（AOPs），已被开发用于氧化甚至矿化有机污染物。由于其高效，低二次污染，操作简单和处理成本低的优势而被认为是一种极具应用前景的有机污染物治理方法。

自1972 Fujishima发现TiO

在此发明中，我们使用BiOBr与TiO

发明内容

该发明的目的在于提供一种具有等离子体共振效应的Ag/AgBr/BiOBr/TiO

上述制备方法中，先将一定量的硫酸氧钛与尿素（质量比为3：2）在水溶剂中混合均匀，持续搅拌10-30 min之后，转移至特氟龙高压反应釜中，并在140-180℃下持续加热8-24 h。

上述制备方法中，将水热反应后得到的混合物，去除上清液后对剩余固体进行洗涤以去除杂质离子的干扰。洗涤为超纯水洗涤，之后通过离心进行固液分离（转速为5000r/min），离心时间为15 min，连续洗涤若干次。

上述制备方法中得到的固体与水混合均匀。将五水合硝酸铋、硝酸银、乙酸与水的溶液在暗处搅拌10-60 min之后，倒入一定量的溴化钾的溶液中进行共沉积，并搅拌10-60min，随之老化1-5 h。将老化后的悬浮液倒入上述方法得到的固体与水的混合物中，并搅拌10-60 min。

上述制备方法中，将共沉积后得到的混合物，去除上清液后对剩余固体进行洗涤以去除杂质离子的干扰。洗涤为超纯水洗涤，之后通过离心进行固液分离（转速为5000 r/min），离心时间为15 min，连续洗涤若干次。

上述制备方法中，将得到的固体在水中光还原1-5 h之后，干燥得到固体。

上述制备方法中，干燥的温度均为50-100 ℃。

干燥后的样品，在玛瑙研钵中研磨后使用。

本方法制备的材料具有介孔结构，其平均2-20 nm，比表面积为50-150 m

本发明具有如下有益效果：

1.该发明材料具有优异的光催化性能，有利于太阳光激发产生的电子和空穴在材料中的快速移动，降低了其内部复合速率，进一步提高了材料光催化活性。

2.该发明以TiO

3.该发明通过负载Ag/AgBr，其等离子体共振效应使得材料的光生电子-空穴复合率降低，大大提升了材料的光催化活性。

4.该发明材料制备过程中所涉及的原料易得，合成操作简单，材料催化活性高且性能稳定，有利于大规模的工业化生产及水污染防治应用。

附图说明：

图1为实施例5得到的光催化材料的HRTEM照片及材料对应的能谱图。

图2为实施例5得到的光催化材料的XPS谱图。

图3为实施例5得到的光催化材料的BET比表面积及孔隙测定图。

图4为实施例1、例3和例5得到的光催化材料太阳光下对蒽的降解动力学曲线。

图5为实施例1和例5得到的光催化材料在太阳光及可见光下对蒽的降解动力学曲线。

图6为实施例5得到的光催化材料在太阳光下产生自由基的电子顺磁共振（EPR）谱图。

图7为实施例5得到的光催化材料在太阳光下降解有机污染物蒽的原理示意图。

具体实施方式：

本发明下面将通过具体的实施例进行更详细的描述，但本发明的保护范围并不受限于这些实施例。

实施例1（对比例）：空白TiO

将硫酸氧钛与尿素（质量比为3:2）在水溶剂中均匀混合后，持续搅拌10-30 min。将得到的混合液转移到特氟龙内衬的不锈钢高压釜内，并在140-180 ℃下水热8-24 h。将水热后的悬浊液静置去除上清液，并将得到的沉淀洗涤若干遍后，在50-100 ℃下干燥5-10 h得到固体，研磨后用于光催化降解蒽的实验。

实施例2：BiOBr/TiO

TiO

实施例3：最优BiOBr比例的BiOBr/TiO

反应与操作过程与实施例2一致。操作过程中，通过控制反应投加的五水合硝酸铋和溴化钾的量得到合成BiOBr/TiO

实施例4：Ag/AgBr/BiOBr/TiO

TiO

实施例5: 最优Ag/AgBr比例的Ag/AgBr/BiOBr/TiO

反应与操作过程与实施例4一致。在最优BiOBr比例下，通过控制反应投加的硝酸银的量得到合成Ag/AgBr/BiOBr/TiO

测试及结果：本发明提供的材料光催化活性考察方法如下：

取0.02 g催化剂加入到200 mL浓度为30 ug/L的蒽溶液中，在温度为20-30 ℃、pH为7的条件下进行模拟太阳光降解反应。反应前设置1-2 h的材料暗吸附时间，之后置于光照下进行催化降解，并按预设的时间取样、过滤后测定溶液中蒽的浓度。

图1为实施例5得到的最优Ag/AgBr/BiOBr/TiO

图2为实施例5得到的最优Ag/AgBr/BiOBr/TiO

图3为实施例5得到的最优Ag/AgBr/BiOBr/TiO

图4对比了实例1、实例3、实例5所合成的材料的光催化活性。结果显示合成的新材料具有远高于其它类似材料的光催化活性，甚至达到了TiO

图5对比了负载Ag/AgBr、BiOBr的TiO

图6通过ESR测定了实例5得到的材料在光照下产生自由基的种类，可以看到该材料在光照下形成了超氧根自由基，可以有效地降解水溶液中的有机污染物。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例做了详细介绍，但是应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。