[发明专利]一种可见光催化剂及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于化学化工及环保工程技术领域，具体涉及一种可见光催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

半导体光催化技术可在室温下直接利用太阳光将有机污染物氧化降解。因此，通过光催化方法，充分利用太阳光来降解有机污染物，是解决目前环境污染问题的一条有效途径。光催化剂的合理设计是决定光催化性能的核心因素，一般需要考虑以下几个方面的问题：（1）光吸收区间。紫外光只占太阳光总能量的4%左右，而可见光则占太阳光总能量的46%左右。因此，利用太阳能的关键在于利用太阳光中的可见光。（2）氧化或还原能力。光催化剂强的氧化或还原能力是其高活性的前提。然而，能吸收可见光的光催化剂都具有较窄的带隙，这意味着其氧化还原能力较弱，这一般导致其光催化活性低。因此，制备具有合适能带结构的光催化剂，使其具有宽的可见光响应范围的同时，还具有强的氧化或还原能力，从而表现出高的可见光催化活性，是一项很具挑战而又很有意义的研究主题。

2010年文献首次报道，Ag₃PO₄半导体作为一种新型的具有高量子效率的可见光催化剂，其降解有机污染物的活性远高于BiVO₄、AgBr、AgI和N掺杂TiO₂等常见的可见光催化剂（见文献Nature Materials，2010，9，559-564）。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种新型的可见光催化剂，该可见光催化剂分子式为Ag₃AsO₄，为粉末状，表观为红褐色，微观结构呈圆球状。

更具体地说，该可见光催化剂的微观结构呈0.25μm的圆球状。

本发明的目的之二在于提供一种上述可见光催化剂的制备方法，它包括如下顺序的步骤：

（1）分别称取AgNO₃、Na₂HAsO₄置于不同烧杯中，用去离子水溶解配置成浓度为0.1~0.4mol/L的AgNO₃溶液和浓度为0.025~0.1mol/L的Na₂HAsO₄溶液后，并分别装入两个分液漏斗中；用浓氨水配置成浓度为0.05~0.2mol/L的氨水；

（2）在室温磁力搅拌的条件下，将步骤（1）所准备的AgNO₃溶液和Na₂HAsO₄溶液采用并流沉淀法反应；其滴速为2~3d/s，滴定过程中同时用步骤（1）所准备的氨水控制混合物的pH为5~8，滴定完毕后在室温下继续磁力搅拌2h；

（3）将步骤（2）制得的桔黄色沉淀物洗涤数次，然后于60℃温度下烘干，得到红褐色粉末状产物，即Ag₃AsO₄光催化剂。

上述步骤（2）中，混合物反应过程中控制硝酸银溶液、砷酸氢二钠溶液、氨水的浓度物质的质量比为4:1:2。

本发明的目的之三在于提供上述可见光催化剂的应用，该可见光催化剂适用于在可见光下降解有机污染物。

本发明通过一种简便的方法，制备一种新型的可见光催化剂Ag₃AsO₄。通过实验，表征Ag₃AsO₄的吸收带边在730nm左右，因此对可见光的利用效率很高。并且，在罗丹明B的降解中，本发明光催化剂的活性比Ag₃PO₄还高。因此，本发明的Ag₃AsO₄是一种新型、高效的可见光催化剂。文献、专利调研结果表明，本发明是Ag₃AsO₄光催化剂的首例报道，该光催化剂在有机污染物治理领域有潜在的应用前景。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明采用砷酸氢二钠制备Ag₃AsO₄，采用氨水控制反应体系酸碱性，确保了Ag₃AsO₄高的光催化特性。

（2）本发明将Ag₃AsO₄材料应用于光催化领域，在可见光下Ag₃AsO₄具有优良的罗丹明B光催化活性，其活性在同等条件下高于Ag₃PO₄和AgI。