[01507520]Ag-AgCl/凹凸棒石纳米复合光催化剂的制备方法

近年来,随着环境污染日益加剧,利用半导体材料的光催化技术治理环境污染越来越引起人们的重视,半导体催化剂应用于污染物降解引起了广泛关注。贵金属纳米粒子因具有表面等离子共振效应被应用到光催化降解有机染料等领域而成为研究热点。其中以 Ag 及Ag 与卤化银复合纳米粒子为等离子体光催化剂的研究相对较多。Ag/AgX（X=Cl,Br,I）等离子体共振光催化剂对染料的选择性低、处理速度快、降解率高、稳定性好,在有机废水处理领域具有很好的应用前景。但是,无论哪种合成方法,都希望得到颗粒更细小的Ag-AgCl纳米粒子或者使得催化剂具有更大的比表面积,以提高光催化效率,但尺寸更小的Ag-AgCl纳米粒子稳定性下降,纳米之间容易发生团聚。 凹凸棒黏土（Attapulgite clay）又名坡缕石（palygorskite）,是一种层链状结构的含水富镁铝硅酸粘土矿物,在晶体结构中存在一系列纳米沸石孔道,使得其比表面积大,有很强的物理吸附能力。另外由于晶体中类质同晶置换,晶体缺陷和空位,使凹凸棒石带有表面负电荷,并依靠层间吸附的阳离子以使电荷平衡。因而具有交换吸附阳离子的性质。甘肃凹凸棒石矿资源丰富,主要分布在临泽、会宁等地区,远景储量约十亿吨左右。张掖市临泽县凹凸棒石品位高,储量大,富含碘、锶等微量元素。凹凸棒石黏土由于具有较大的比表面积和众多的纳米尺寸的沸石孔道,因而存在大量的活化中心,有较强的机械性能和热稳定性能,吸附性能和催化氧化性能好。因此将凹凸棒石黏土与Ag-AgCl纳米粒子复合,使Ag-AgCl以等离子体负载于凹凸棒表面,使得催化剂具有更大的比表面积,以提高Ag-AgCl的光催化效率,并利用半导体的光催化氧化作用分解凹凸棒黏土表面吸附的染料分子。 Ag-AgCl/凹凸棒石纳米复合光催化剂的制备： 将提纯的凹凸棒石超声分散于去离子水中,加入AgNO3 溶液（0.1～0.3mol·L-1）超声、搅拌使其分散均匀,再加入HCl溶液（0.1～0.3mol·L-1;）超声分散均匀后搅拌使其充分反应;过滤,用去离子水洗涤,干燥后,然后用金卤灯照射,使反应生成的AgCl中部分Ag+还原成Ag,得到Ag-AgCl/凹凸棒石纳米复合光催化剂。 在纳米复合材料的制备过程中,通过控制AgNO3溶液与HCl溶液的加入量来控制Ag-AgCl的质量百分数。当AgNO3与凹凸棒石的质量比控制在1:5～1:1.2;AgNO3与HCl以1:1～1:3的摩尔量配比时,Ag-AgCl在复合材料中的质量百分数为15～40%。通过金卤灯的功率和照射时间控制AgCl中Ag+还原成Ag的量。当功率为400W,照射时间为20～30min时,Ag-AgCl/凹凸棒石复合光催化剂中有Ag与AgCl共存。为了便于比较,我们还制备了纯Ag-AgCl：将AgNO3溶液与HCl溶液（AgNO3与HCl等摩尔量）混合反应得到白色沉淀,过滤,干燥得到AgCl固体,然后在金卤灯照射使部分Ag+还原成Ag即得Ag-AgCl。 对复合材料做了光催化降解印染废水实验,结果表明复合材料中Ag-AgCl的质量分数对光催化降解速率有很大的影响,随着Ag-AgCl的质量分数的增加,光催化降解速率发生不均匀的变化。当Ag-AgCl的质量分数为30% 时,光催化降解率达到最大为96.04%,比纯Ag-AgCl的催化性能提高了11.14 倍。当质量比进一步增加时,光催化降解速率反而降低。原因可能是,在较低的质量比时,催化剂提供的反应活性位置较少,单位体积溶液中光生电子-空穴对的浓度较低,导致催化效率较低;随着催化剂中质量比的增加,参与光催化反应的微粒数增多,因而反应速度加快;而在较高的质量比时,一方面是由于过强的改性造成光散射,使透光率下降,光的有效利用率降低,从而导致光降解速率降低,另一方面可能是因为溶液中过强的改性增加了Ag-AgCl/凹凸棒石复合材料表面电子-空穴的复合率,反而降低了催化剂的活性。 综上所述,本发明提纯的凹凸棒石黏土与AgNO3 溶液接触,使Ag+吸附或贮存在凹凸棒石黏土的毛细微孔中,加入HCl溶液使得吸附或贮存在凹凸棒石黏土的毛细微孔中Ag+转化为AgCl。再用光还原法使生成的AgCl中部分Ag+在光照下还原成Ag,从而得到负载Ag-AgCl的凹凸棒石表面等离子体纳米复合光催化剂,对于亚甲基蓝（MB）具有很好的降解性能,因此在亚甲基蓝等污染物降解方面有潜在的应用前景。