一种银-二氧化钛-碳纳米复合材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种银‑二氧化钛‑碳纳米复合材料的制备方法，该方法是指：在硝酸银和钛酸丁酯的混合乙醇溶液中加入生物质玉米杆，先于暗处浸渍24h，使钛酸丁酯和硝酸银充分的吸附在生物质玉米杆上，再于太阳光下光照2h，使其Ag离子发生光化学还原反应形成Ag单质；最后，将承载有TiO

【技术实现步骤摘要】
一种银-二氧化钛-碳纳米复合材料的制备方法及应用
本专利技术涉及复合材料
和环境污染治理
，尤其涉及一种银-二氧化钛-碳纳米复合材料的制备方法及应用。
技术介绍
光催化氧化技术在光激发下能将环境中的有机物降解为水和二氧化碳等，在空气净化、杀菌除臭、废水处理等方面具有广阔的应用前景。而在光催化氧化技术中，光催化材料发挥着至关重要的作用。TiO2纳米材料具有较强的氧化能力、较好的稳定性、价格低廉、无毒无害等优点，具有广阔的应用潜力，但是TiO2属于宽带隙半导体，仅能吸收紫外光，而在太阳光中紫外光仅占据4%左右，极大地限制了TiO2的推广及应用。为了提高TiO2的可见光响应及光催化活性，研究人员研究了金属非金属掺杂、染料敏化、半导体复合、贵金属复合、碳材料复合等方法。其中，贵金属与TiO2和碳材料复合均是有效提高其可见光响应及光催化活性的手段之一。通过贵金属的等离子效应不仅能够有效拓展TiO2的可见响应能力，还可以通过抑制光生电子空穴的分离，促进TiO2的光催化活性。贵金属银单质作为价格较低的贵金属，具有贵金属的特征，和TiO2相复合能够较好地促进其可见光催化活性，而适量的碳材料有助于提高光生电子空穴的分离效率。玉米杆通常作为农业废弃物被丢弃，玉米杆含有纤维素、半纤维素及木质素等大分子多糖化合物，这些多糖化合物相互交联形成规则的天然的微纳米结构，通常被用来制备多孔碳材料，应用于吸附重金属离子及有机污染物。另一方面，这些多糖化合物中含有大量的羟基、羧基、氨基官能团，可作为纳米材料的反应器，为纳米材料的成核及生长提供利用位点，并控制纳米颗粒的尺寸大小，从而获得具有特殊形貌、分散较好的纳米材料。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种方法简单、易于实施的银-二氧化钛-碳纳米复合材料的制备方法。为解决上述问题，本专利技术所述的一种银-二氧化钛-碳纳米复合材料的制备方法，其特征在于：在硝酸银和钛酸丁酯的混合乙醇溶液中加入生物质玉米杆，先于暗处浸渍24h，使钛酸丁酯和硝酸银充分的吸附在生物质玉米杆上，再于太阳光下光照2h，使其Ag离子发生光化学还原反应形成Ag单质；最后，将承载有TiO2纳米颗粒和Ag单质的生物质玉米杆捞出，经自然晾干、煅烧、冷却至室温，即得Ag/TiO2@C纳米复合材料。所述硝酸银和钛酸丁酯的混合乙醇溶液的制备方法是指先配制浓度为0.0585mol/L的钛酸丁酯乙醇溶液；再在50mL该溶液中加入不同量的硝酸银，使硝酸银/钛酸丁酯的摩尔比为0.025/1~1.25/1，搅拌10分钟，混合均匀即得。所述浓度为0.0585mol/L的钛酸丁酯乙醇溶液是指在49mL无水乙醇中加入1mL钛酸丁酯，混合均匀而得的溶液。所述生物质玉米杆是指将干燥的玉米芯切成薄片，经去离子水浸渍3~5次去掉可溶性的物质后，于室温下烘干即得。所述煅烧条件是指于马弗炉中空气气氛下，以5℃/min的升温速率升至700℃，保温2h。如上所述方法制得的Ag/TiO2@C纳米复合材料的应用，其特征在于：该Ag/TiO2@C纳米复合材料在光催化条件下用于降解废水中的有机物质苯酚。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术以玉米杆作为模板和碳源，将钛酸丁酯和硝酸银乙醇溶液浸渍于玉米杆，采用光化学还原-高温煅烧两步法制备了一系列Ag/TiO2@C纳米复合材料，方法简单，易于实施。2、本专利技术中生物质玉米杆不仅作为TiO2和Ag纳米颗粒的模板使其形成纳米薄片，还可在高温煅烧下形成碳材料作为链接TiO2纳米颗粒的纽带。3、本专利技术通过Ag单质与TiO2纳米片相复合形成异质结，促进TiO2光生电子空穴的分离，提高可见光催化性能。4、对本专利技术所得Ag/TiO2@C纳米复合材料的结构及性能进行评价：⑴图1为不同Ag用量条件下制备的Ag/TiO2@C复合材料的XRD谱图。由图1可知，不同AgNO3用量对TiO2的晶型可产生影响。当AgNO3用量较低时，复合材料主要以锐钛矿为主(JCPDS21-1272)，当AgNO3用量的增加，复合材料中出现少量的金红石晶型(JCPDS21-1276)，并随着AgNO3用量的增加，金红石在复合材料中的比例逐渐增加，从而显示AgNO3对TiO2的晶相形成具有一定的影响，有助于形成金红石型TiO2。较低Ag用量制备的0.025Ag/TiO2@C及0.25Ag/TiO2@C复合材料中没有明显的贵金属Ag的衍射峰，其原因为复合材料中的Ag含量过低，以至于无法被检测出来。Ag含量较高的1.25Ag/TiO2@C复合材料在2θ为44.3º处有微弱的立方相晶相Ag单质衍射峰(JCPDS03-0921)，在38.0º处的Ag的衍射峰和锐钛矿的衍射峰相互重叠，使得Ag在38.0º处的衍射峰强度不明显。几种材料中均没有出现碳的衍射峰，可能为碳含量较少的原因。可见，Ag/TiO2@C复合材料主要以不同晶型的TiO2为主，含有少量的Ag单质。⑵图2为不同放大倍数的0.25Ag/TiO2@C复合材料的SEM图。由图2a可知，该材料为纳米薄片形貌，这些纳米薄片分散较好，没有形成明显的团聚和堆积；由图2b可知，该纳米薄片的厚度约为100nm左右，根据放大倍数较大的图2c可以看出，该纳米薄片的表面显示出较多的褶皱，而纳米薄片由均匀的纳米颗粒构成，纳米颗粒的尺寸在10~20nm之间，这些纳米颗粒应为TiO2及Ag单质纳米颗粒，而碳作为链接TiO2纳米颗粒的纽带形成薄片结构，从而使得Ag/TiO2@C复合材料保持了生物质的形貌。大部分生物质在高温煅烧过程中逐渐分解为CO2，而钛酸丁酯在高温煅烧过程中转化为TiO2纳米颗粒，少量生物质转化为碳，成为链接TiO2纳米颗粒的纽带，使得所制备的复合材料较好地复制了生物模板的形貌，形成了较薄的纳米薄片形貌。⑶为了进一步观察Ag/TiO2@C复合材料的形貌，测试了0.25Ag/TiO2@C复合材料的TEM、HRTEM图，并进行了电子衍射及EDX元素分析，结果见图3。由图3a可知，复合材料为纳米片形貌，和SEM图片分析相一致，纳米片上分散着颜色较深的球形或立方体纳米颗粒，尺寸在10nm左右，应为分散在TiO2纳米薄片上的Ag纳米颗粒，另外有一些羽毛状材料，应为团聚的TiO2纳米材料。由图3b的HRTEM图可以看出TiO2和Ag纳米颗粒的晶格条纹，其中晶格条纹为0.35nm的晶格条纹对应锐钛矿TiO2(101)晶面，晶格条纹为0.24nm的晶格条纹对应立方相Ag单质的(111)晶面，证实复合材料中含有Ag单质和锐钛矿TiO2。而电子衍射图显示出不同的衍射点，对应锐钛矿TiO2和Ag单质不同晶面的衍射点。EDX元素分析显示材料中主要含有Ti、O、C及少量的Ag元素。上述表征显示，本专利技术方法合成了Ag/TiO2@C复合材料。在以生物模板法制备Ag/TiO2@C复合材料的过程中，大部分生物模板在煅烧过程逐渐分解为CO2，少量的含有羟基、羰基的生物模板为二氧化钛提供氧原子，成为链接二氧化钛纳米颗粒的纽带，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种银-二氧化钛-碳纳米复合材料的制备方法，其特征在于：在硝酸银和钛酸丁酯的混合乙醇溶液中加入生物质玉米杆，先于暗处浸渍24h，使钛酸丁酯和硝酸银充分的吸附在生物质玉米杆上，再于太阳光下光照2h，使其Ag离子发生光化学还原反应形成Ag单质；最后，将承载有TiO

【技术特征摘要】
1.一种银-二氧化钛-碳纳米复合材料的制备方法，其特征在于：在硝酸银和钛酸丁酯的混合乙醇溶液中加入生物质玉米杆，先于暗处浸渍24h，使钛酸丁酯和硝酸银充分的吸附在生物质玉米杆上，再于太阳光下光照2h，使其Ag离子发生光化学还原反应形成Ag单质；最后，将承载有TiO2纳米颗粒和Ag单质的生物质玉米杆捞出，经自然晾干、煅烧、冷却至室温，即得Ag/TiO2@C纳米复合材料。


2.如权利要求1所述的一种银-二氧化钛-碳纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述硝酸银和钛酸丁酯的混合乙醇溶液的制备方法是指先配制浓度为0.0585mol/L的钛酸丁酯乙醇溶液；再在50mL该溶液中加入不同量的硝酸银，使硝酸银/钛酸丁酯的摩尔比为0.025/1~1.25/1，搅拌10分钟，混合均匀即得。


3.如权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩立娟，安兴才，张平，胡英瑛，刘刚，
申请(专利权)人：甘肃自然能源研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃;62