一种利用碳纳米管控制磷酸银晶体粒径的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种利用碳纳米管控制磷酸银晶体粒径的制备方法。包括以下步骤：(1)将碳纳米管置于浓硝酸中加热回流处理6～12h，冷却后，用水洗涤至中性并干燥；(2)称取一定量干燥的碳纳米管于超纯水中，超声处理2～5h；(3)将AgNO3溶液逐滴加入到上述溶液中，避光搅拌6～20h；(4)将Na2HPO4·12H2O溶液逐滴加入到步骤(3)得到的溶液中，避光搅拌1～6h，用水和乙醇洗涤数次，离心分离得到固体部分，真空干燥后制得碳纳米管改性后粒径为0.38‑1.0μm的磷酸银晶体。本发明专利技术制备工艺简单，可将平均粒径为20μm的Ag3PO4晶体改性为平均粒径在0.38‑1.0μm范围内的小颗粒晶体。同时制备得到的小颗粒Ag3PO4@MWCNTs复合催化剂表现出优异的可见光催化性能。

A Method for Controlling the Size of Silver Phosphate Crystal by Carbon Nanotubes

The invention discloses a preparation method for controlling the particle size of silver phosphate crystal by using carbon nanotubes. It includes the following steps: (1) heat and reflux carbon nanotubes in concentrated nitric acid for 6-12 hours, then cool them, wash them with water until they are neutral and dry; (2) weigh a certain amount of dried carbon nanotubes in ultrapure water and treat them with ultrasound for 2-5 hours; (3) add AgNO3 solution to the above solution drop by drop, stir them for 6-20 hours without light; (4) mix Na2HPO4.12H2. O solution was added to the solution obtained in step (3) drop by drop, stirred for 1-6 hours without light, washed with water and ethanol several times, and centrifuged to separate the solid part. After vacuum drying, silver phosphate crystal with modified carbon nanotubes particle size of 0.38_1.0 um was prepared. The preparation process of the present invention is simple, and the Ag3PO4 crystal with an average particle size of 20 microns can be modified into a small particle crystal with an average particle size of 0.38 1.0 micron. At the same time, the Ag3PO4@MWCNTs composite catalyst exhibited excellent visible photocatalytic activity.

【技术实现步骤摘要】
一种利用碳纳米管控制磷酸银晶体粒径的制备方法
本专利技术属于半导体光催化材料的制备
，具体涉及一种利用碳纳米管控制磷酸银晶体粒径的制备方法。
技术介绍
近几十年来，具有可见光活性的催化剂磷酸银(Ag3PO4)因其优异的有机污染物降解能力而被广泛关注。Ag3PO4独特的能带位置使其价带中的光生空穴具备强氧化能力，可以直接氧化和降解污染物。但Ag3PO4的光催化活性与其晶体尺寸大小、形貌关系密切，在制备过程中极易出现Ag3PO4晶体尺寸不可控、形貌不规则的缺陷，尤其倾向于生成粒径大、光催化活性低的Ag3PO4晶体。这一缺陷直接影响了Ag3PO4的光催化活性，并严重阻碍了Ag3PO4的推广应用。本专利技术针对Ag3PO4制备工艺中易形成粒径大、光催化活性低的晶体颗粒的缺点，通过掺杂碳纳米管对磷酸银进行改性，达到控制Ag3PO4晶体尺寸在0.38-1.0μm范围内，同时提高其光催化活性的目的。利用碳纳米管的高效吸附性及其与Ag+之间的静电作用，有效防止Ag3PO4晶体团聚，最终制备生成小尺寸Ag3PO4颗粒。此外，利用碳纳米管独特的导电性，将其作为光生电子的导体，将光生电子迁移至催化剂表面，达到光生电子-空穴快速分离的效果，并提高催化剂的光催化活性。
技术实现思路
本专利技术提供一种利用碳纳米管控制磷酸银晶体粒径的制备方法，制备方法简单、易操作，可将平均粒径为20μm的Ag3PO4晶体改性为平均粒径在0.38-1.0μm范围内的小颗粒晶体。同时制备得到的小颗粒Ag3PO4@MWCNTs复合催化剂表现出优异的可见光催化性能。一种利用碳纳米管控制磷酸银晶体粒径的制备方法，包括以下步骤：步骤1)将碳纳米管置于浓硝酸中加热回流处理6～12h，冷却后，用水洗涤至中性并干燥；步骤2)称取一定量干燥的碳纳米管于超纯水中，超声处理2～5h；步骤3)将AgNO3溶液逐滴加入到上述溶液中，避光搅拌6～20h；步骤4)将Na2HPO4·12H2O溶液逐滴加入到步骤(3)得到的溶液中，避光搅拌1～6h，用水和乙醇洗涤数次，离心分离得到固体部分，真空干燥后制得碳纳米管改性后粒径为0.38-1.0μm的磷酸银晶体。优选的，步骤1)所述的碳纳米管为多壁碳纳米管(MWCNTs)，直径为10～50nm，长度为10～30μm。进一步，步骤1)所述的浓硝酸处理为将MWCNTs与浓HNO3以2～4g/L的固液比于110～130℃条件下进行边搅拌边回流处理，处理时间为6～12h；回流结束后用超纯水洗涤至中性，并于55～75℃真空干燥。优选的，步骤2)其特征在于：步骤2)所述MWCNTs与水溶液的固液比为0.02～0.15g/L。优选的，步骤3)所述AgNO3与MWCNTs的质量比为1300:1～170:1。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术通过在Ag3PO4制备过程中掺杂MWCNTs，成功制备了晶体尺寸在0.38-1.0μm范围内的高效可见光催化剂Ag3PO4@MWCNTs。(2)本专利技术中掺杂的MWCNTs，其独特的吸附性和导电性使其成为光生电子的良好受体和导体，可进一步促进光生载流子的分离。(3)本专利技术操作简单易行、绿色无污染。附图说明图1为制备得到的Ag3PO4单体的电镜扫描图。图2为制备得到的磷酸银复合光催化剂Ag3PO4@MWCNTs的电镜扫描图，其中图2(a)为10μm视野的电镜扫描图，图2(b)500nm视野的电镜扫描图。图3为制备得到的复合光催化剂Ag3PO4@MWCNTs的XRD图。图4为制备得到的复合光催化剂Ag3PO4@MWCNTs的紫外可见吸收图。图5为制备得到的Ag3PO4和Ag3PO4@MWCNTs降解苯酚的降解曲线。图6为Ag3PO4和Ag3PO4@MWCNTs降解苯酚的降解曲线相对应的反应动力学曲线。具体实施方式下面通过附图和实施例对本专利技术作进一步详细描述：实施例1：一种利用碳纳米管控制磷酸银晶体粒径的制备方法，步骤如下：(1)称取1g多壁碳纳米管(MWCNTs)于350mLHNO3溶液中，在120℃条件下进行边搅拌边回流处理，处理时间为8h。回流结束后用超纯水洗涤至中性，并于70℃真空干燥。(2)称取干燥得到的0.0012gMWCNTs于40mL超纯水中，超声处理3h。(3)称取1.53gAgNO3溶解在30mL超纯水中，将溶液逐滴加入上述溶液中，持续避光搅拌12h；(4)称取1.074gNa2HPO4·12H2O溶解在30mL超纯水中，并将该溶液逐滴加入步骤(3)得到的溶液中，避光搅拌6h。将该固液混合物进行离心分离，并用乙醇和超纯水洗涤3～5次，在55℃真空条件下干燥。得到MWCNTs负载量为0.1％的Ag3PO4@0.1％MWCNTs复合材料。作为对比，Ag3PO4单体的制备省去步骤(1)和步骤(2)，在相同条件下通过步骤(3)和步骤(4)制备得到。通过各种表征技术对Ag3PO4@0.1％MWCNTs复合材料和Ag3PO4单体进行表征、评估。图1为磷酸银单体的扫描电镜图，磷酸银晶体大小不一，大的磷酸银晶体尺寸为20μm左右并呈现多面体形貌粒粒。图2为Ag3PO4@0.1％MWCNTs复合材料的扫描电镜图，在10μm的电镜视野下，没有大颗粒出现。磷酸银晶体大小0.38-1.0μm，碳纳米管贯穿过磷酸银晶体。图3为Ag3PO4@0.1％MWCNTs复合材料的XRD图谱，所有的衍射峰均与Ag3PO4的标准卡片(JCPDSno.06-0505)相符。图4为Ag3PO4单体和Ag3PO4@0.1％MWCNTs复合材料的紫外可见吸收光谱，吸收边为520nm左右，Ag3PO4单体在520nm之后的光吸收明显下降，而复合催化剂在520-800nm仍有较强光吸收。表明掺杂MWCNTs后，复合材料的光吸收性能显著增强。实施例2：将制备得到的Ag3PO4单体和Ag3PO4@0.1％MWCNTs复合光催化剂用于苯酚的降解，以评估其光催化活性。分别准确称取制备得到的材料50mg于100mL浓度为20mg/L的苯酚溶液中，持续搅拌，并在300W氙灯(λ>420nm)照射条件下进行降解反应。取不同反应时间的溶液进行浓度测定，结果如图5所示。可以明显看出Ag3PO4@MWCNTs的降解能力显著优于Ag3PO4单体。图6为与Ag3PO4和Ag3PO4@MWCNTs降解苯酚的降解曲线相对应的反应动力学曲线。如图所示，速率常数由0.015min-1提高到0.35min-1，复合光催化的光催化速率是单体的19.4倍。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用碳纳米管控制磷酸银晶体粒径的制备方法，包括以下步骤：步骤1)将碳纳米管置于浓硝酸中加热回流处理6～12h，冷却后，用水洗涤至中性并干燥；步骤2)称取一定量干燥的碳纳米管于超纯水中，超声处理2～5h；步骤3)将AgNO3溶液逐滴加入到上述溶液中，避光搅拌6～20h；步骤4)将Na2HPO4·12H2O溶液逐滴加入到步骤(3)得到的溶液中，避光搅拌1～6h，用水和乙醇洗涤数次，离心分离得到固体部分，真空干燥后制得碳纳米管改性后粒径为0.38‑1.0μm的磷酸银晶体。

【技术特征摘要】
1.一种利用碳纳米管控制磷酸银晶体粒径的制备方法，包括以下步骤：步骤1)将碳纳米管置于浓硝酸中加热回流处理6～12h，冷却后，用水洗涤至中性并干燥；步骤2)称取一定量干燥的碳纳米管于超纯水中，超声处理2～5h；步骤3)将AgNO3溶液逐滴加入到上述溶液中，避光搅拌6～20h；步骤4)将Na2HPO4·12H2O溶液逐滴加入到步骤(3)得到的溶液中，避光搅拌1～6h，用水和乙醇洗涤数次，离心分离得到固体部分，真空干燥后制得碳纳米管改性后粒径为0.38-1.0μm的磷酸银晶体。2.根据权利1所述的一种利用碳纳米管控制磷酸银晶体粒径的制备方法，其特征在于：步骤1)所述的碳纳米管为多壁碳纳米管(MWCNTs)，直径为10～50nm，长度为10～30μm。3.根据权利1所述的一种利用碳纳米管控制磷酸银晶体粒径的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨春平，林燕，李翔，吴少华，陈明，周琦，陈玉娟，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43