一种宽吸收谱带、可富集污染物的太阳光光催化材料的制备方法技术

一种宽吸收谱带、可富集污染物的太阳光光催化材料的制备方法。本发明专利技术属于环保功能材料领域，具体涉及一种宽吸收谱带、可富集污染物的太阳光光催化材料的制备方法。本发明专利技术是为了解决传统光催化剂吸收谱带较窄，无法有效利用太阳光的问题。方法：一、合成上转换纳米粒子；二、合成核壳结构上转换纳米粒子；三、合成上转换/介孔二氧化硅核壳纳米粒子；四、制备上转换/介孔二氧化硅/磷酸银复合材料。本发明专利技术用于污染物模型罗丹明B的降解。

Preparation method of solar photocatalytic material with wide absorption band and enrichment of pollutants

The invention relates to a method for preparing solar photocatalytic materials with wide absorption bands and enrichment of pollutants. The invention belongs to the field of environmental protection functional materials, in particular to a preparation method of solar photocatalytic material with wide absorption band and rich pollutants. The invention aims at solving the problem that the absorption spectrum of the traditional photocatalyst is narrow and can not effectively utilize the sunlight. Methods: 1. Synthesis of upconversion nanoparticles; two, synthesis of nuclear shell structure up conversion nanoparticles; three, synthesis up conversion / mesoporous silica nuclear shell nanoparticles; four, preparation of upconversion / mesoporous silica / silver phosphate composite. The invention is used for the degradation of the pollutant model rhodamine B.

【技术实现步骤摘要】
一种宽吸收谱带、可富集污染物的太阳光光催化材料的制备方法
本专利技术属于环保功能材料领域，具体涉及一种宽吸收谱带、可富集污染物的太阳光光催化材料的制备方法。
技术介绍
环境污染和能源短缺是当今人类社会遇到的两大问题。太阳能因其来源丰富且绿色清洁引起科学家们的广泛关注。开发可利用太阳光降解污染物的半导体光催化剂是解决上述问题的理想途径。众所周知，太阳光谱分别由5％的紫外线、49％的可见光和46％的近红外光组成。传统半导体光催化剂光吸收谱带较窄，仅能利用太阳光中5％的紫外光或49％的可见光，而对占46％的近红外光无法利用。因此，开发宽吸收谱带光催化剂有效地利用太阳光中95％的可见光和近红外光具有重要意义。为了合成宽吸收谱带光催化剂，研究人员开发了贵金属银类光催化剂，其能通过表面等离子共振效应(SPR)将吸收谱带拓宽至可见光/近红外光区域，有效地利用太阳光中的可见光和近红外光。例如孙等人报道合成了AgCl/Ag复合光催化剂，由于该材料因具有较强的SPR，在可见光/近红外光光谱范围内具有高吸收，可直接利用太阳光进行光催化。然而贵金属银催化材料存在成本较高的问题，限制了其大规模应用。另一种合成可见光/近红外光宽谱带光催化剂的方法是将上转换材料与传统半导体光催化剂相复合。上转换材料可将近红外光转换为紫外和可见光，后者可被传统半导体光催化剂吸收用于光催化，因此，与上转换材料相复合拓宽了传统半导体材料的吸收谱带至近红外区域。尽管如此，目前关于上转换与半导体复合材料利用天然太阳光进行光催化的工作尚未见报道。光催化降解污染物存在的另一个重要问题是随着光催化反应的进行，催化剂周围的污染物浓度逐渐下降，催化反应速率降低，降解时间大幅延长。开发具有污染物富集功能的光催化剂有望克服上述问题。
技术实现思路
本专利技术是为了解决传统光催化剂吸收谱带较窄，无法有效利用太阳光的问题，而提供了一种宽吸收谱带、可富集污染物的太阳光光催化材料的制备方法。一种宽吸收谱带、可富集污染物的太阳光光催化材料的制备方法具体是按以下步骤进行的：一、合成上转换纳米粒子：向六水合氯化钇、六水合氯化镱和六水氯化铥的混合物中加入油酸和十八烯，得到反应体系，在氩气保护和搅拌的条件下将反应体系的温度从室温升温至160℃，并在氩气保护和温度为160℃的条件下搅拌0.5h～1.5h，然后将温度从160℃自然冷却至50℃，再加入混合液，然后在氩气保护和温度为50℃的条件下搅拌0.5h～1h，再将温度从50℃升温至75℃，并在氩气保护和温度为75℃的条件下保持30min，然后将反应体系的温度在20min内从75℃升温至300℃，并在氩气保护和温度为300℃的条件下磁力搅拌0.5h～1.5h，反应结束后，将反应体系自然冷却至室温，采用乙醇作为溶剂进行离心分离得到固体，将固体采用乙醇清洗3～5次，得到上转换纳米粒子，然后将上转换纳米粒子分散于环己烷中，得到上转换纳米粒子分散液；所述六水合氯化钇的质量与油酸的体积比为1mg:(0.03～0.04)mL；所述油酸与十八烯的体积比为1:(1.8～2)；所述六水合氯化钇与六水合氯化镱的质量比为1:(0.5～0.8)；所述六水合氯化钇与六水氯化铥的质量比为1:(0.008～0.01)；所述混合液是将氟化铵和氢氧化钠溶解在甲醇中，其中氟化铵的质量与甲醇的体积比为1mg:(0.06～0.07)mL，氢氧化钠的质量与甲醇的体积比为1mg:(0.8～1.2)mL；所述六水合氯化钇与混合液中氟化铵的质量比为1:(0.6～0.8)；所述上转换纳米粒子分散液的浓度为30mg/mL；二、合成核壳结构上转换纳米粒子：向六水合氯化镥中加入油酸和十八烯，得到反应体系，在氩气保护和搅拌的条件下将反应体系的温度从室温升温至160℃，并在氩气保护和温度为160℃的条件下搅拌0.5h～1.5h，然后将温度从160℃自然冷却至50℃，再加入上转换纳米粒子分散液和混合液，然后在氩气保护和温度为50℃的条件下搅拌0.5h～1h，再将温度从50℃升温至75℃，并在氩气保护和温度为75℃的条件下保持30min，然后将反应体系的温度在20min内从75℃升温至300℃，并在氩气保护和温度为300℃的条件下磁力搅拌0.5h～1.5h，反应结束后，将反应体系自然冷却至室温，采用乙醇作为溶剂进行离心分离得到固体，将固体采用乙醇清洗3～5次，得到核壳结构上转换纳米粒子，然后将核壳结构上转换纳米粒子分散于环己烷中，得到核壳结构上转换纳米粒子分散液；所述六水合氯化镥的质量与油酸的体积比为1mg:(0.06～0.08)mL；所述油酸与十八烯的体积比为1:(1.8～2)；所述混合液是将氟化铵和氢氧化钠溶解在甲醇中，其中氟化铵的质量与甲醇的体积比为1mg:(0.06～0.07)mL，氢氧化钠的质量与甲醇的体积比为1mg:(0.8～1.2)mL；所述油酸与上转换纳米粒子分散液的体积比为1:0.5；所述上转换纳米粒子分散液与混合液的体积比为1:1；所述核壳结构上转换纳米粒子分散液的浓度为30mg/mL；三、合成上转换/介孔二氧化硅核壳纳米粒子：将十六烷基三甲基溴化铵加入到水中配成溶液，将溶液与核壳结构上转换纳米粒子分散液混合后在室温下搅拌0.5h后超声0.5h，得到超声溶液，在温度为80℃的条件下加热至超声溶液透明后采用氢氧化钠溶液调整超声溶液的pH为9～10，得到调整pH后的超声溶液，然后采用蠕动泵以0.5mL/h的速度向调整pH后的超声溶液中加入浓度为25％的正硅酸乙酯/乙醇溶液后，在室温下反应24h后，通过离心分离得到固体，将固体采用乙醇清洗3～5次，然后在真空干燥箱内真空干燥24h，得到上转换/二氧化硅核壳纳米粒子；将上转换/二氧化硅核壳纳米粒子加入到甲醇溶液中，再向其中加入浓盐酸搅拌10min～20min后，在温度为70℃的条件下回流12h，得到上转换/介孔二氧化硅核壳纳米粒子；所述十六烷基三甲基溴化铵的质量与水的体积比为1mg:0.04mL；所述十六烷基三甲基溴化铵的质量与核壳结构上转换纳米粒子分散液的体积比为1mg:(0.001～0.005)mL；所述浓度为25％的正硅酸乙酯/乙醇溶液与核壳结构上转换纳米粒子分散液的体积比1:(0.6～0.9)；所述上转换/二氧化硅核壳纳米粒子的质量与甲醇溶液的体积比为1mg:0.1mL；所述上转换/二氧化硅核壳纳米粒子的质量与浓盐酸的体积比为1mg:0.001mL；四、制备上转换/介孔二氧化硅/磷酸银复合材料：①将上转换/介孔二氧化硅核壳纳米粒子加入到水中在室温下搅拌0.5h后超声0.5h；②然后先向步骤①得到的溶液中加入浓度为0.15mol/L的硝酸银溶液，再向其中逐滴加入浓度为0.005mol/L的磷酸氢二钠溶液；③重复操作步骤②5次，得到反应液；④将反应液在室温条件下反应4h～6h，反应结束后采用蒸馏水清洗3～5次，离心分离得到固体，然后在真空干燥箱内真空干燥24h，得到上转换/介孔二氧化硅/磷酸银复合材料；步骤四中所述上转换/介孔二氧化硅核壳纳米粒子的质量与水的体积比为1mg:(4～6)mL；步骤②中所述浓度为0.15mol/L的硝酸银溶液与步骤①所述水的体积比为1:(120～180)；步骤②中所述浓度为0.005mol/L的磷酸氢二钠溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽吸收谱带、可富集污染物的太阳光光催化材料的制备方法，其特征在于宽吸收谱带、可富集污染物的太阳光光催化材料的制备方法具体是按以下步骤进行的：一、合成上转换纳米粒子：向六水合氯化钇、六水合氯化镱和六水氯化铥的混合物中加入油酸和十八烯，得到反应体系，在氩气保护和搅拌的条件下将反应体系的温度从室温升温至160℃，并在氩气保护和温度为160℃的条件下搅拌0.5h～1.5h，然后将温度从160℃自然冷却至50℃，再加入混合液，然后在氩气保护和温度为50℃的条件下搅拌0.5h～1h，再将温度从50℃升温至75℃，并在氩气保护和温度为75℃的条件下保持30min，然后将反应体系的温度在20min内从75℃升温至300℃，并在氩气保护和温度为300℃的条件下磁力搅拌0.5h～1.5h，反应结束后，将反应体系自然冷却至室温，采用乙醇作为溶剂进行离心分离得到固体，将固体采用乙醇清洗3～5次，得到上转换纳米粒子，然后将上转换纳米粒子分散于环己烷中，得到上转换纳米粒子分散液；所述六水合氯化钇的质量与油酸的体积比为1mg:(0.03～0.04)mL；所述油酸与十八烯的体积比为1:(1.8～2)；所述六水合氯化钇与六水合氯化镱的质量比为1:(0.5～0.8)；所述六水合氯化钇与六水氯化铥的质量比为1:(0.008～0.01)；所述混合液是将氟化铵和氢氧化钠溶解在甲醇中，其中氟化铵的质量与甲醇的体积比为1mg:(0.06～0.07)mL，氢氧化钠的质量与甲醇的体积比为1mg:(0.8～1.2)mL；所述六水合氯化钇与混合液中氟化铵的质量比为1:(0.6～0.8)；所述上转换纳米粒子分散液的浓度为30mg/mL；二、合成核壳结构上转换纳米粒子：向六水合氯化镥中加入油酸和十八烯，得到反应体系，在氩气保护和搅拌的条件下将反应体系的温度从室温升温至160℃，并在氩气保护和温度为160℃的条件下搅拌0.5h～1.5h，然后将温度从160℃自然冷却至50℃，再加入上转换纳米粒子分散液和混合液，然后在氩气保护和温度为50℃的条件下搅拌0.5h～1h，再将温度从50℃升温至75℃，并在氩气保护和温度为75℃的条件下保持30min，然后将反应体系的温度在20min内从75℃升温至300℃，并在氩气保护和温度为300℃的条件下磁力搅拌0.5h～1.5h，反应结束后，将反应体系自然冷却至室温，采用乙醇作为溶剂进行离心分离得到固体，将固体采用乙醇清洗3～5次，得到核壳结构上转换纳米粒子，然后将核壳结构上转换纳米粒子分散于环己烷中，得到核壳结构上转换纳米粒子分散液；所述六水合氯化镥的质量与油酸的体积比为1mg:(0.06～0.08)mL；所述油酸与十八烯的体积比为1:(1.8～2)；所述混合液是将氟化铵和氢氧化钠溶解在甲醇中，其中氟化铵的质量与甲醇的体积比为1mg:(0.06～0.07)mL，氢氧化钠的质量与甲醇的体积比为1mg:(0.8～1.2)mL；所述油酸与上转换纳米粒子分散液的体积比为1:0.5；所述上转换纳米粒子分散液与混合液的体积比为1:1；所述核壳结构上转换纳米粒子分散液的浓度为30mg/mL；三、合成上转换/介孔二氧化硅核壳纳米粒子：将十六烷基三甲基溴化铵加入到水中配成溶液，将溶液与核壳结构上转换纳米粒子分散液混合后在室温下搅拌0.5h后超声0.5h，得到超声溶液，在温度为80℃的条件下加热至超声溶液透明后采用氢氧化钠溶液调整超声溶液的pH为9～10，得到调整pH后的超声溶液，然后采用蠕动泵以0.5mL/h的速度向调整pH后的超声溶液中加入浓度为25％的正硅酸乙酯/乙醇溶液后，在室温下反应24h后，通过离心分离得到固体，将固体采用乙醇清洗3～5次，然后在真空干燥箱内真空干燥24h，得到上转换/二氧化硅核壳纳米粒子；将上转换/二氧化硅核壳纳米粒子加入到甲醇溶液中，再向其中加入浓盐酸搅拌10min～20min后，在温度为70℃的条件下回流12h，得到上转换/介孔二氧化硅核壳纳米粒子；所述十六烷基三甲基溴化铵的质量与水的体积比为1mg:0.04mL；所述十六烷基三甲基溴化铵的质量与核壳结构上转换纳米粒子分散液的体积比为1mg:(0.001～0.005)mL；所述浓度为25％的正硅酸乙酯/乙醇溶液与核壳结构上转换纳米粒子分散液的体积比1:(0.6～0.9)；所述上转换/二氧化硅核壳纳米粒子的质量与甲醇溶液的体积比为1mg:0.1mL；所述上转换/二氧化硅核壳纳米粒子的质量与浓盐酸的体积比为1mg:0.001mL；四、制备上转换/介孔二氧化硅/磷酸银复合材料：①将上转换/介孔二氧化硅核壳纳米粒子加入到水中在室温下搅拌0.5h后超声0.5h；②然后先向步骤①得到的溶液中加入浓度为0.15mol/L的硝酸银溶液，再向其中逐滴加入浓度为0.005mol/L的磷酸氢二钠溶液；...

【技术特征摘要】
1.一种宽吸收谱带、可富集污染物的太阳光光催化材料的制备方法，其特征在于宽吸收谱带、可富集污染物的太阳光光催化材料的制备方法具体是按以下步骤进行的：一、合成上转换纳米粒子：向六水合氯化钇、六水合氯化镱和六水氯化铥的混合物中加入油酸和十八烯，得到反应体系，在氩气保护和搅拌的条件下将反应体系的温度从室温升温至160℃，并在氩气保护和温度为160℃的条件下搅拌0.5h～1.5h，然后将温度从160℃自然冷却至50℃，再加入混合液，然后在氩气保护和温度为50℃的条件下搅拌0.5h～1h，再将温度从50℃升温至75℃，并在氩气保护和温度为75℃的条件下保持30min，然后将反应体系的温度在20min内从75℃升温至300℃，并在氩气保护和温度为300℃的条件下磁力搅拌0.5h～1.5h，反应结束后，将反应体系自然冷却至室温，采用乙醇作为溶剂进行离心分离得到固体，将固体采用乙醇清洗3～5次，得到上转换纳米粒子，然后将上转换纳米粒子分散于环己烷中，得到上转换纳米粒子分散液；所述六水合氯化钇的质量与油酸的体积比为1mg:(0.03～0.04)mL；所述油酸与十八烯的体积比为1:(1.8～2)；所述六水合氯化钇与六水合氯化镱的质量比为1:(0.5～0.8)；所述六水合氯化钇与六水氯化铥的质量比为1:(0.008～0.01)；所述混合液是将氟化铵和氢氧化钠溶解在甲醇中，其中氟化铵的质量与甲醇的体积比为1mg:(0.06～0.07)mL，氢氧化钠的质量与甲醇的体积比为1mg:(0.8～1.2)mL；所述六水合氯化钇与混合液中氟化铵的质量比为1:(0.6～0.8)；所述上转换纳米粒子分散液的浓度为30mg/mL；二、合成核壳结构上转换纳米粒子：向六水合氯化镥中加入油酸和十八烯，得到反应体系，在氩气保护和搅拌的条件下将反应体系的温度从室温升温至160℃，并在氩气保护和温度为160℃的条件下搅拌0.5h～1.5h，然后将温度从160℃自然冷却至50℃，再加入上转换纳米粒子分散液和混合液，然后在氩气保护和温度为50℃的条件下搅拌0.5h～1h，再将温度从50℃升温至75℃，并在氩气保护和温度为75℃的条件下保持30min，然后将反应体系的温度在20min内从75℃升温至300℃，并在氩气保护和温度为300℃的条件下磁力搅拌0.5h～1.5h，反应结束后，将反应体系自然冷却至室温，采用乙醇作为溶剂进行离心分离得到固体，将固体采用乙醇清洗3～5次，得到核壳结构上转换纳米粒子，然后将核壳结构上转换纳米粒子分散于环己烷中，得到核壳结构上转换纳米粒子分散液；所述六水合氯化镥的质量与油酸的体积比为1mg:(0.06～0.08)mL；所述油酸与十八烯的体积比为1:(1.8～2)；所述混合液是将氟化铵和氢氧化钠溶解在甲醇中，其中氟化铵的质量与甲醇的体积比为1mg:(0.06～0.07)mL，氢氧化钠的质量与甲醇的体积比为1mg:(0.8～1.2)mL；所述油酸与上转换纳米粒子分散液的体积比为1:0.5；所述上转换纳米粒子分散液与混合液的体积比为1:1；所述核壳结构上转换纳米粒子分散液的浓度为30mg/mL；三、合成上转换/介孔二氧化硅核壳纳米粒子：将十六烷基三甲基溴化铵加入到水中配成溶液，将溶液与核壳结构上转换纳米粒子分散液混合后在室温下搅拌0.5h后超声0.5h，得到超声溶液，在温度为80℃的条件下加热至超声溶液透明后采用氢氧化钠溶液调整超声溶液的pH为9～10，得到调整pH后的超声溶液，然后采用蠕动泵以0.5mL/h的速度向调整pH后的超声溶液中加入浓度为25％的正硅酸乙酯/...

【专利技术属性】
技术研发人员：王铀，刘宗俊，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23