一種銀-二氧化鈦-碳納米復(fù)合材料的制備方法及應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種銀?二氧化鈦?碳納米復(fù)合材料的制備方法，該方法是指：在硝酸銀和鈦酸丁酯的混合乙醇溶液中加入生物質(zhì)玉米桿，先于暗處浸漬24h，使鈦酸丁酯和硝酸銀充分的吸附在生物質(zhì)玉米桿上，再于太陽(yáng)光下光照2h，使其Ag離子發(fā)生光化學(xué)還原反應(yīng)形成Ag單質(zhì)；最后，將承載有TiO

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種銀-二氧化鈦-碳納米復(fù)合材料的制備方法及應(yīng)用
本專利技術(shù)涉及復(fù)合材料
和環(huán)境污染治理
，尤其涉及一種銀-二氧化鈦-碳納米復(fù)合材料的制備方法及應(yīng)用。
技術(shù)介紹
光催化氧化技術(shù)在光激發(fā)下能將環(huán)境中的有機(jī)物降解為水和二氧化碳等，在空氣凈化、殺菌除臭、廢水處理等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。而在光催化氧化技術(shù)中，光催化材料發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。TiO2納米材料具有較強(qiáng)的氧化能力、較好的穩(wěn)定性、價(jià)格低廉、無(wú)毒無(wú)害等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用潛力，但是TiO2屬于寬帶隙半導(dǎo)體，僅能吸收紫外光，而在太陽(yáng)光中紫外光僅占據(jù)4%左右，極大地限制了TiO2的推廣及應(yīng)用。為了提高TiO2的可見(jiàn)光響應(yīng)及光催化活性，研究人員研究了金屬非金屬摻雜、染料敏化、半導(dǎo)體復(fù)合、貴金屬?gòu)?fù)合、碳材料復(fù)合等方法。其中，貴金屬與TiO2和碳材料復(fù)合均是有效提高其可見(jiàn)光響應(yīng)及光催化活性的手段之一。通過(guò)貴金屬的等離子效應(yīng)不僅能夠有效拓展TiO2的可見(jiàn)響應(yīng)能力，還可以通過(guò)抑制光生電子空穴的分離，促進(jìn)TiO2的光催化活性。貴金屬銀單質(zhì)作為價(jià)格較低的貴金屬，具有貴金屬的特征，和TiO2相復(fù)合能夠較好地促進(jìn)其可見(jiàn)光催化活性，而適量的碳材料有助于提高光生電子空穴的分離效率。玉米桿通常作為農(nóng)業(yè)廢棄物被丟棄，玉米桿含有纖維素、半纖維素及木質(zhì)素等大分子多糖化合物，這些多糖化合物相互交聯(lián)形成規(guī)則的天然的微納米結(jié)構(gòu)，通常被用來(lái)制備多孔碳材料，應(yīng)用于吸附重金屬離子及有機(jī)污染物。另一方面，這些多糖化合物中含有大量的羥基、羧基、氨基官能團(tuán)，可作為納米材料的反應(yīng)器，為納米材料的成核及生長(zhǎng)提供利用位點(diǎn)，并控制納米顆粒的尺寸大小，從而獲得具有特殊形貌、分散較好的納米材料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種方法簡(jiǎn)單、易于實(shí)施的銀-二氧化鈦-碳納米復(fù)合材料的制備方法。為解決上述問(wèn)題，本專利技術(shù)所述的一種銀-二氧化鈦-碳納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：在硝酸銀和鈦酸丁酯的混合乙醇溶液中加入生物質(zhì)玉米桿，先于暗處浸漬24h，使鈦酸丁酯和硝酸銀充分的吸附在生物質(zhì)玉米桿上，再于太陽(yáng)光下光照2h，使其Ag離子發(fā)生光化學(xué)還原反應(yīng)形成Ag單質(zhì)；最后，將承載有TiO2納米顆粒和Ag單質(zhì)的生物質(zhì)玉米桿撈出，經(jīng)自然晾干、煅燒、冷卻至室溫，即得Ag/TiO2@C納米復(fù)合材料。所述硝酸銀和鈦酸丁酯的混合乙醇溶液的制備方法是指先配制濃度為0.0585mol/L的鈦酸丁酯乙醇溶液；再在50mL該溶液中加入不同量的硝酸銀，使硝酸銀/鈦酸丁酯的摩爾比為0.025/1~1.25/1，攪拌10分鐘，混合均勻即得。所述濃度為0.0585mol/L的鈦酸丁酯乙醇溶液是指在49mL無(wú)水乙醇中加入1mL鈦酸丁酯，混合均勻而得的溶液。所述生物質(zhì)玉米桿是指將干燥的玉米芯切成薄片，經(jīng)去離子水浸漬3~5次去掉可溶性的物質(zhì)后，于室溫下烘干即得。所述煅燒條件是指于馬弗爐中空氣氣氛下，以5℃/min的升溫速率升至700℃，保溫2h。如上所述方法制得的Ag/TiO2@C納米復(fù)合材料的應(yīng)用，其特征在于：該Ag/TiO2@C納米復(fù)合材料在光催化條件下用于降解廢水中的有機(jī)物質(zhì)苯酚。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、本專利技術(shù)以玉米桿作為模板和碳源，將鈦酸丁酯和硝酸銀乙醇溶液浸漬于玉米桿，采用光化學(xué)還原-高溫煅燒兩步法制備了一系列Ag/TiO2@C納米復(fù)合材料，方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)施。2、本專利技術(shù)中生物質(zhì)玉米桿不僅作為TiO2和Ag納米顆粒的模板使其形成納米薄片，還可在高溫煅燒下形成碳材料作為鏈接TiO2納米顆粒的紐帶。3、本專利技術(shù)通過(guò)Ag單質(zhì)與TiO2納米片相復(fù)合形成異質(zhì)結(jié)，促進(jìn)TiO2光生電子空穴的分離，提高可見(jiàn)光催化性能。4、對(duì)本專利技術(shù)所得Ag/TiO2@C納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)及性能進(jìn)行評(píng)價(jià)：⑴圖1為不同Ag用量條件下制備的Ag/TiO2@C復(fù)合材料的XRD譜圖。由圖1可知，不同AgNO3用量對(duì)TiO2的晶型可產(chǎn)生影響。當(dāng)AgNO3用量較低時(shí)，復(fù)合材料主要以銳鈦礦為主(JCPDS21-1272)，當(dāng)AgNO3用量的增加，復(fù)合材料中出現(xiàn)少量的金紅石晶型(JCPDS21-1276)，并隨著AgNO3用量的增加，金紅石在復(fù)合材料中的比例逐漸增加，從而顯示AgNO3對(duì)TiO2的晶相形成具有一定的影響，有助于形成金紅石型TiO2。較低Ag用量制備的0.025Ag/TiO2@C及0.25Ag/TiO2@C復(fù)合材料中沒(méi)有明顯的貴金屬Ag的衍射峰，其原因?yàn)閺?fù)合材料中的Ag含量過(guò)低，以至于無(wú)法被檢測(cè)出來(lái)。Ag含量較高的1.25Ag/TiO2@C復(fù)合材料在2θ為44.3o處有微弱的立方相晶相Ag單質(zhì)衍射峰(JCPDS03-0921)，在38.0o處的Ag的衍射峰和銳鈦礦的衍射峰相互重疊，使得Ag在38.0o處的衍射峰強(qiáng)度不明顯。幾種材料中均沒(méi)有出現(xiàn)碳的衍射峰，可能為碳含量較少的原因。可見(jiàn)，Ag/TiO2@C復(fù)合材料主要以不同晶型的TiO2為主，含有少量的Ag單質(zhì)。⑵圖2為不同放大倍數(shù)的0.25Ag/TiO2@C復(fù)合材料的SEM圖。由圖2a可知，該材料為納米薄片形貌，這些納米薄片分散較好，沒(méi)有形成明顯的團(tuán)聚和堆積；由圖2b可知，該納米薄片的厚度約為100nm左右，根據(jù)放大倍數(shù)較大的圖2c可以看出，該納米薄片的表面顯示出較多的褶皺，而納米薄片由均勻的納米顆粒構(gòu)成，納米顆粒的尺寸在10~20nm之間，這些納米顆粒應(yīng)為TiO2及Ag單質(zhì)納米顆粒，而碳作為鏈接TiO2納米顆粒的紐帶形成薄片結(jié)構(gòu)，從而使得Ag/TiO2@C復(fù)合材料保持了生物質(zhì)的形貌。大部分生物質(zhì)在高溫煅燒過(guò)程中逐漸分解為CO2，而鈦酸丁酯在高溫煅燒過(guò)程中轉(zhuǎn)化為TiO2納米顆粒，少量生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為碳，成為鏈接TiO2納米顆粒的紐帶，使得所制備的復(fù)合材料較好地復(fù)制了生物模板的形貌，形成了較薄的納米薄片形貌。⑶為了進(jìn)一步觀察Ag/TiO2@C復(fù)合材料的形貌，測(cè)試了0.25Ag/TiO2@C復(fù)合材料的TEM、HRTEM圖，并進(jìn)行了電子衍射及EDX元素分析，結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3a可知，復(fù)合材料為納米片形貌，和SEM圖片分析相一致，納米片上分散著顏色較深的球形或立方體納米顆粒，尺寸在10nm左右，應(yīng)為分散在TiO2納米薄片上的Ag納米顆粒，另外有一些羽毛狀材料，應(yīng)為團(tuán)聚的TiO2納米材料。由圖3b的HRTEM圖可以看出TiO2和Ag納米顆粒的晶格條紋，其中晶格條紋為0.35nm的晶格條紋對(duì)應(yīng)銳鈦礦TiO2(101)晶面，晶格條紋為0.24nm的晶格條紋對(duì)應(yīng)立方相Ag單質(zhì)的(111)晶面，證實(shí)復(fù)合材料中含有Ag單質(zhì)和銳鈦礦TiO2。而電子衍射圖顯示出不同的衍射點(diǎn)，對(duì)應(yīng)銳鈦礦TiO2和Ag單質(zhì)不同晶面的衍射點(diǎn)。EDX元素分析顯示材料中主要含有Ti、O、C及少量的Ag元素。上述表征顯示，本專利技術(shù)方法合成了Ag/TiO2@C復(fù)合材料。在以生物模板法制備Ag/TiO2@C復(fù)合材料的過(guò)程中，大部分生物模板在煅燒過(guò)程逐漸分解為CO2，少量的含有羥基、羰基的生物模板為二氧化鈦提供氧原子，成為鏈接二氧化鈦納米顆粒的紐帶，本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種銀-二氧化鈦-碳納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：在硝酸銀和鈦酸丁酯的混合乙醇溶液中加入生物質(zhì)玉米桿，先于暗處浸漬24h，使鈦酸丁酯和硝酸銀充分的吸附在生物質(zhì)玉米桿上，再于太陽(yáng)光下光照2h，使其Ag離子發(fā)生光化學(xué)還原反應(yīng)形成Ag單質(zhì)；最后，將承載有TiO

【技術(shù)特征摘要】
1.一種銀-二氧化鈦-碳納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：在硝酸銀和鈦酸丁酯的混合乙醇溶液中加入生物質(zhì)玉米桿，先于暗處浸漬24h，使鈦酸丁酯和硝酸銀充分的吸附在生物質(zhì)玉米桿上，再于太陽(yáng)光下光照2h，使其Ag離子發(fā)生光化學(xué)還原反應(yīng)形成Ag單質(zhì)；最后，將承載有TiO2納米顆粒和Ag單質(zhì)的生物質(zhì)玉米桿撈出，經(jīng)自然晾干、煅燒、冷卻至室溫，即得Ag/TiO2@C納米復(fù)合材料。


2.如權(quán)利要求1所述的一種銀-二氧化鈦-碳納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：所述硝酸銀和鈦酸丁酯的混合乙醇溶液的制備方法是指先配制濃度為0.0585mol/L的鈦酸丁酯乙醇溶液；再在50mL該溶液中加入不同量的硝酸銀，使硝酸銀/鈦酸丁酯的摩爾比為0.025/1~1.25/1，攪拌10分鐘，混合均勻即得。


3.如權(quán)利要求2所述...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：韓立娟，安興才，張平，胡英瑛，劉剛，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：甘肅自然能源研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：甘肅;62