一种纳米硅酸银光催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种纳米硅酸银光催化剂及其制备方法与应用，属于光催化半导体材料制备技术领域。本发明专利技术以正硅酸乙酯、硝酸银为原料，柠檬酸作为正硅酸乙酯水解催化剂和银离子络合剂，采用络合物型溶胶‑凝胶技术结合热处理工艺制备得到组成准确、粒径小于50nm、分散性好的纳米Ag10Si4O13光催化剂。实施例的数据表明，本发明专利技术提供的纳米Ag10Si4O13光催化剂的粒径为5～20nm；在催化剂含量为1g/L，光照45min时，对浓度为20mg/L亚甲基蓝溶液中亚甲基蓝的降解率达到94.35％；能够广泛应用于光催化降解污染物。

A nanometer silver silicate photocatalyst and its preparation method and Application

The invention provides a nano silver silicate photocatalyst and a preparation method and application thereof, belonging to the technical field of photocatalytic semiconductor material preparation. In the present invention, tetraethyl orthosilicate and silver nitrate are used as raw materials, citric acid is used as catalyst for hydrolysis of ethyl orthosilicate and silver ion complexing agent. Nano Ag10Si4O13 photocatalyst with accurate composition, particle size less than 50nm and good dispersibility is prepared by using complex sol-gel technology combined with heat treatment process. The data of the embodiment show that the particle size of the nano-Ag10Si4O13 photocatalyst provided by the invention is 5-20 nm; when the catalyst content is 1 g/L and the light illumination is 45 minutes, the degradation rate of methylene blue in 20 mg/L methylene blue solution reaches 94.35%; and the nano-Ag10Si4O13 photocatalyst can be widely used for photocatalytic degradation of pollutants.

【技术实现步骤摘要】
一种纳米硅酸银光催化剂及其制备方法与应用
本专利技术涉及光催化半导体材料制备
，尤其涉及一种纳米硅酸银光催化剂及其制备方法与应用。
技术介绍
近年来，随着工业的发展，染料及工业废水的排放导致环境污染不断加剧，严重威胁人们的健康。环境问题是当前社会所面临的主要问题之一。光催化技术在降解污染物有着广泛的应用前景；其简单易操作、反应条件温和、无二次污染等优点被广泛关注。银基材料具有独特的电子层结构，从而导致其带隙窄，光吸收范围延伸至可见光区，具有较高的光利用率。Ag10Si4O13是一个很有前途的新型可见光驱动光催化剂。Ag10Si4O13具有较窄的带隙，并且由于内部极性分子的定向排布，从而导致具有内建电场，有效的抑制对光生载流子的复合，从而提高光催化性能。当前Ag10Si4O13的制备方式(沉淀法、固相法)均采用过量AgNO3和Na2SiO3·9H2O直接混合，再洗去未反应的硝酸银后热处理的方法，产物纯度不高、粒径大(1～2μm)且不均、比表面积小(0.36m2/g)、分散性不好。纳米粒子具有比表面积大、吸附性强、活性位点多和载流子迁移距离短等优势，有利于进一步提高光催化活性。另外，极化电场范围在100nm以内，要想充分利用极化电场来促进光生载流子的分离，粉体粒径应不大于100nm。因此，研究纳米Ag10Si4O13光催化剂的制备方法尤为必要。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种纳米硅酸银光催化剂及其制备方法与应用。本专利技术提供的纳米Ag10Si4O13光催化剂的粒径＜50nm，具有较大的比表面积和较好的分散性，能够广泛应用于光催化降解污染物。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种纳米Ag10Si4O13光催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将柠檬酸、无水乙醇和正硅酸乙酯混合，得到混合溶液；(2)在所述步骤(1)得到的混合溶液中滴加水，搅拌后经陈化，得到硅酸溶胶；(3)将所述步骤(2)得到的硅酸溶胶与硝酸银混合，进行络合反应，静置后烘干，得到前驱体；(4)将所述步骤(3)得到的前驱体进行热处理，得到所述纳米Ag10Si4O13光催化剂。优选地，所述正硅酸乙酯和柠檬酸的摩尔比为1：0.1～3。优选地，所述无水乙醇和柠檬酸的摩尔比为20：0.1～3。优选地，所述正硅酸乙酯与水的摩尔比为1：4～6。优选地，所述正硅酸乙酯和硝酸银的摩尔比为1：2.5。优选地，所述陈化的时间为5～15天。优选地，所述静置的时间为12h。优选地，所述热处理的温度为350～450℃，时间为4～6h。本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制得的纳米Ag10Si4O13光催化剂，所述纳米Ag10Si4O13光催化剂的粒径＜50nm。本专利技术还提供了上述技术方案所述纳米Ag10Si4O13光催化剂在光催化降解污染物中的应用。本专利技术提供了一种纳米Ag10Si4O13光催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将柠檬酸、无水乙醇和正硅酸乙酯混合，得到混合溶液；(2)在所述步骤(1)得到的混合溶液中滴加水，搅拌后经陈化，得到硅酸溶胶；(3)将所述步骤(2)得到的硅酸溶胶与硝酸银混合，进行络合反应，静置后烘干，得到前驱体；(4)将所述步骤(3)得到的前驱体进行热处理，得到所述纳米Ag10Si4O13光催化剂。本专利技术以正硅酸乙酯代替硅酸钠为硅源，避免了钠离子的引入，并且在制备硅酸溶胶中，采用柠檬酸作为催化剂，避免使用无机酸引入杂质离子，从而体系中多余元素仅有C、H、O、N(来自AgNO3)元素；热处理过程中，将多余C、H、O、N元素处理后，得到的样品纯度更高。同时，柠檬酸作为络合剂，正硅酸乙酯与柠檬酸发生单齿配位，热处理过程中硅酸乙酯之间产生位阻效应，有效抑制团聚。另外，柠檬酸的加入，可以防止直接生成沉淀，在液态下，Ag+与Si4+有效地络合在柠檬酸上，热处理时形成晶粒尺寸更小的Ag10Si4O13光催化剂。与固相法、沉淀法相比，本专利技术提供的制备方法免去了用去离子水洗涤步骤，杜绝了最终产品中有效元素(Si、Ag)的流失，使得Ag10Si4O13光催化剂产率高；同时组成准确，晶粒尺寸更小，样品纯度高无杂质离子。实施例的数据表明，本专利技术提供的纳米Ag10Si4O13光催化剂的粒径为20～50nm，在催化剂含量为1g/L，光照45min时，对浓度为20mg/L亚甲基蓝的降解率达到94.35％。进一步地，本专利技术通过调节柠檬酸的添加量来控制Ag+与Si4+的络合，从而达到细化晶粒的效果；硝酸银与硅酸乙酯按理论化学计量比配料控制产物Ag10Si4O13的组成准确、纯度高。附图说明图1为实施例1所得纳米Ag10Si4O13光催化剂的X射线衍射谱图；图2为实施例1所得纳米Ag10Si4O13光催化剂的紫外吸收带隙图谱；图3为实施例1所得纳米Ag10Si4O13光催化剂的TEM图；图4为实施例1所得纳米Ag10Si4O13光催化剂的光催化降解效率曲线。具体实施方式本专利技术提供了一种纳米Ag10Si4O13光催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将柠檬酸、无水乙醇和正硅酸乙酯混合，得到混合溶液；(2)在所述步骤(1)得到的混合溶液滴加水，搅拌后经陈化，得到硅酸溶胶；(3)将所述步骤(2)得到的硅酸溶胶与硝酸银混合，进行络合反应，静置后烘干，得到前驱体；(4)将所述步骤(3)得到的前驱体进行热处理，得到所述纳米Ag10Si4O13光催化剂。本专利技术将柠檬酸、无水乙醇和正硅酸乙酯混合，得到混合溶液。在本专利技术中，所述正硅酸乙酯和柠檬酸的摩尔比优选为1：0.1～3，进一步优选为1：0.5～2.5，更优选为1：1.0～2.0。在本专利技术中，所述无水乙醇和柠檬酸的摩尔比优选为20：0.1～3，进一步优选为20：0.5～2.5，更优选为20：1.0～2.0。在专利技术中，所述柠檬酸、无水乙醇和正硅酸乙酯混合的顺序优选为先将柠檬酸与无水乙醇混合，得到溶液；然后将上述溶液与正硅酸乙酯混合，得到混合溶液。本专利技术对所述混合的时间和方式不做具体限定，只要能够使上述物质混合即可。得到混合溶液后，本专利技术在所述混合溶液中滴加水，搅拌后经陈化，得到硅酸溶胶。在本专利技术中，所述正硅酸乙酯与水的摩尔比优选为1：4～6，进一步优选为1：4.5～5.5。在本专利技术中，所述水的滴加速度优选为0.04mL/s。在本专利技术中，所述水优选包括蒸馏水。在本专利技术中，所述滴加过程优选在搅拌的条件下进行；所述搅拌的转速优选为300r/min。在本专利技术中，所述搅拌的转速优选为300r/min；所述搅拌的时间优选为1h；所述搅拌的时间从水滴加完后开始计时。在本专利技术中，所述陈化的时间优选为5～15天。在本专利技术中，所述陈化优选在封口的条件下进行。本专利技术将水滴加到混合溶液中，能够使正硅酸乙酯缓慢水解；正硅酸乙酯水解时，如果水的滴加速度太快或者水量太多，则会有絮状沉淀产生；所以将水的滴加速度控制为0.04mL/s，即逐滴加入，才能得到稳定透明的硅酸溶胶。同时，柠檬酸为正硅酸乙酯水解催化剂，促进正硅酸乙酯的水解；另外，陈化能够进一步促进正硅酸乙酯的水解，使正硅酸乙酯水解完成，有利于形成纯度高且组成准确的光催化剂。得到硅酸溶胶后，本专利技术将所述硅酸溶胶与硝酸银混合，进行络合反应，静置后烘干，得到前驱体。在本专利技术中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米Ag10Si4O13光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将柠檬酸、无水乙醇和正硅酸乙酯混合，得到混合溶液；(2)在所述步骤(1)得到的混合溶液中滴加水，搅拌后经陈化，得到硅酸溶胶；(3)将所述步骤(2)得到的硅酸溶胶与硝酸银混合，进行络合反应，静置后烘干，得到前驱体；(4)将所述步骤(3)得到的前驱体进行热处理，得到所述纳米Ag10Si4O13光催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种纳米Ag10Si4O13光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将柠檬酸、无水乙醇和正硅酸乙酯混合，得到混合溶液；(2)在所述步骤(1)得到的混合溶液中滴加水，搅拌后经陈化，得到硅酸溶胶；(3)将所述步骤(2)得到的硅酸溶胶与硝酸银混合，进行络合反应，静置后烘干，得到前驱体；(4)将所述步骤(3)得到的前驱体进行热处理，得到所述纳米Ag10Si4O13光催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述正硅酸乙酯和柠檬酸的摩尔比为1：0.1～3。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无水乙醇和柠檬酸的摩尔比为20：0.1～3。4.根据权利要求1所述的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李翠霞，康伟超，孙会珍，杨志忠，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62