專利名稱：一種環(huán)境功能納米材料Ag/AgBr納米纖維及其制備和應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新穎、高效環(huán)境功能納米材料--Ag/AgBr納米纖維及其制備和在
有機(jī)廢水處理上的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
一維納米材料是近幾年來發(fā)展起來的一種新型功能材料，因其獨(dú)特的電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)、機(jī)械等性質(zhì)而受到人們越來越多的重視。納米材料的制備方法有許多種，如刻蝕技術(shù)、水熱法、模板法、靜電紡絲法等。其中，靜電紡絲方法是一種不同于常規(guī)方法的紡絲技術(shù)，它是通過將幾千至幾萬伏的高壓靜電場加到聚合物溶液或熔體內(nèi)，使聚合物溶液或熔體首先在噴射孔處形成Taylor圓錐形液滴。當(dāng)高壓電場所產(chǎn)生的電場拉伸力克服了液滴的表面張力后，該帶電液滴形成了噴射流，然后該噴射流在電場中得到進(jìn)一步的拉伸，同時內(nèi)含溶劑不斷揮發(fā)，最后以螺旋狀到達(dá)接收器，凝固而形成無紡布狀的纖維氈或其它形狀的結(jié)構(gòu)物。由于靜電紡絲技術(shù)系特殊的原理與工藝，所制得纖維一般在數(shù)十納米到數(shù)微米之間，具有很大的表面積，因此纖維可以用來制成具有表面功能的材料。溴化銀作為一種半導(dǎo)體，已經(jīng)被應(yīng)用到多個領(lǐng)域，如照相材料、光致變色材料、催化劑、超離子導(dǎo)體等。此外，溴化銀具有良好光催化性，并有報道稱納米溴化銀具有強(qiáng)于二氧化鈦的光催化能力，并且能夠很好的利用可見光源，而TiO2只能利用太陽光中的紫外光源，利用率僅有4%。本發(fā)明應(yīng)用光輔助的靜電紡絲技術(shù)一步合成具有一維結(jié)構(gòu)的Ag/AgBr納米纖維。其中，Ag的存在 不僅使電子、空穴對更易分離，同時銀納米顆粒在可見光區(qū)的表面等離子體共振吸收也使AgBr在可見光區(qū)的吸收增強(qiáng)，使其在整個可見光區(qū)都有很強(qiáng)的吸收，大大提高了對太陽光的利用率吸。目前，已經(jīng)公布了專利號為CN200810016610. 5和CN201010174181.1關(guān)于Ag/AgBr的制備方法。但其制備方法和過程復(fù)雜，且需要在高溫下長時間反應(yīng)，得到的是顆粒狀的產(chǎn)物，合成的AgBr的納米粒子的粒徑為1-3 iim。而我們采用靜電紡絲制備的材料具有一維結(jié)構(gòu)的性質(zhì)，相對于普通的顆粒狀催化劑具有更高的比表面積，因此可以更好的吸附有機(jī)污染為并進(jìn)行光催化降解。本發(fā)明的催化劑制備方便，價格低廉，能夠在常溫條件下快速的制備Ag/AgBr納米纖維。此外，該發(fā)明第一次將靜電紡絲制備的無機(jī)材料應(yīng)用于在可以見光下降解有機(jī)污染物，該催化劑對亞甲基藍(lán)有很好降解效果，在有機(jī)污水處理方面具有較大的應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種環(huán)境功能納米材料Ag/AgBr納米纖維及其制備和應(yīng)用方法。該材料是一種具有可見光響應(yīng)的催化劑，其制備方法快速，簡便，在可見光下降解有機(jī)污染物效果顯著。本發(fā)明的目的是通過以下方式制備而成的—種環(huán)境功能納米材料Ag/AgBr納米纖維的制備方法將硝酸銀和PVP混合制備含有銀離子的PVP (聚乙烯吡咯烷酮)溶液；將溴化鈉溶液加入到含有銀離子的PVP溶液中完成AgBr溶膠的制備過程；然后將AgBr溶膠光照條件下攪拌,使部分AgBr分解出單質(zhì)Ag,最后經(jīng)過靜電紡絲得到Ag/AgBr納米纖維。所述的含有銀離子的PVP溶液的制備的具體過程在磁力攪拌下,加入3. 68g的無水乙醇,0. 92g蒸懼水,0. 4g PVP ;此反應(yīng)體系在室溫下磁力攪拌Ih ;再加入0. 1854g的硝酸銀，使得銀離子與PVP單體摩爾比分別為1:10 ;繼續(xù)反應(yīng)lh，備用；所述的AgBr溶膠的制備的具體過程配制重量百分含量為20%的溴化鈉溶液；在含有銀離子的PVP溶液中，按照與AgNO3等摩爾量加入溴化鈉溶液，維持?jǐn)嚢鐸小時，完成AgBr溶膠的制備。將上述淡黃色AgBr溶膠暴露在室內(nèi)光下，攪拌2h ;當(dāng)溶膠顏色由淡黃色轉(zhuǎn)化為灰色時，即有部分AgBr分解為Ag顆粒，得到Ag/AgBr/PVP溶膠。上述方法中靜電紡絲時，控制工作電壓為10kV，調(diào)節(jié)接收器與紡絲針頭距離為IOcm,溶液的流出速度為0. 5mL/h?！N環(huán)境功能納米材料Ag/AgBr納米纖維,是由上述的方法制備得到的Ag/AgBr納米纖維。上述的環(huán)境功能納米材料Ag/AgBr納米纖維的應(yīng)用方法，作為光催化劑在可見光下用于有機(jī)污染物廢水的處理。本發(fā)明的優(yōu)勢(I)現(xiàn)有技術(shù)中Ag/AgBr復(fù)合材料的制備方法和過程復(fù)雜，且需要在高溫下長時間反應(yīng)，得到的是顆粒狀的產(chǎn)物。而本發(fā)明采用靜電紡絲制備的材料具有一維結(jié)構(gòu)的性質(zhì)，粒徑僅有25nm-100nm，相對于普通的顆粒狀催化劑具有更高的比表面積，因此可以更好的吸附有機(jī)污染為并進(jìn)行光催化降解。(2)本發(fā)明的催化劑的制備從操作步驟上與現(xiàn)有技術(shù)相比明顯更加簡便，只需要簡單的配制原料溶膠，然后在光照條件下簡單的照射，制備時間也較短，而且價格低廉，無需使用昂貴的原材料，能夠在常溫條件下快速的制備Ag/AgBr納米纖維，得到的Ag/AgBr復(fù)合結(jié)構(gòu)的晶體更有利于光生載流子的有效分離，提高光催化的效率。(3)此外，該發(fā)明第一次將靜電紡絲制備的無機(jī)材料Ag/AgBr納米纖維應(yīng)用于在可以見光下降解有機(jī)污染物，該催化劑對亞甲基藍(lán)有很好降解效果，在有機(jī)污水處理方面具有較大的應(yīng)用價值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明相比商品化的P25，本發(fā)明制備得到的Ag/AgBr復(fù)合材料對亞甲基藍(lán)表現(xiàn)出更優(yōu)異光催化能力。


圖1高壓靜電紡絲示意圖；圖2 (a)為Ag/AgBr納米纖維的掃描電子顯微鏡圖；(b)為放大的Ag/AgBr納米纖維的掃描電子顯微鏡圖；(c)Ag/AgBr納米纖維的紫外可見漫反射譜圖；(d)為Ag/AgBr納米纖維的XRD譜圖；圖3為可見光下，不同條件光催化降解亞甲基藍(lán)。其中，曲線I為直接光降解亞甲基藍(lán)，曲線2為在P25輔助下降解亞甲基藍(lán)，曲線3為Ag/AgBr納米纖維降解亞甲基藍(lán)。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例旨在進(jìn)一步說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。實(shí)施例1，制備Ag/AgBr納米纖維(I)含有銀離子的PVP溶液的制備在磁力攪拌下,往IOmL燒杯分別加入3. 68g的無水乙醇,0. 92g高純水,0. 4g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。此反應(yīng)體系在室溫下磁力攪拌lh。再加入0. 1854g的硝酸銀，使得銀離子與PVP單體摩爾比分別為1/10。繼續(xù)反應(yīng)lh。反應(yīng)停止。(2) AgBr溶膠的制備配制重量百分含量為20%溴化鈉溶液。在(I)配制的溶液中，加入溴化鈉溶液(按照與AgNO3等摩爾量加入)，維持?jǐn)嚢鐸小時，完成AgBr溶膠的制備過程。(3) Ag/AgBr 的 PVP 溶膠的制備將步驟(2)中所得的淡黃色AgBr溶膠暴露在室內(nèi)光下，攪拌2h。當(dāng)溶膠顏色由淡黃色轉(zhuǎn)化為灰色時，即得到Ag/AgBr/PVP溶膠。在此過程中AgBr部分分解成單質(zhì)Ag，得到Ag/AgBr復(fù)合結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)有利于光生載流子的有效分離。利用銀納米顆粒在可見光區(qū)的表面等離子體共振吸收，可將AgBr在可見光區(qū)的活性提高。(4) AgBr/PVP復(fù)合納米纖維的制備將Ag/AgBr的PVP溶膠加入注射器中(圖1)，控制工作電壓為10kV，調(diào)節(jié)接收器與紡絲針頭距離為10cm，溶液的流出速度為0. 5mL/h。管內(nèi)的溶液穩(wěn)定噴出，收集板選用的是鋁箔。實(shí)施例2Ag/AgBr納米纖維光催化降解亞甲基藍(lán)我們采用P25、Ag/AgBr納米纖維分別對5mg/L的亞甲基藍(lán)廢水進(jìn)行降解。實(shí)施步驟(I)將30mg Ag/AgBr納米纖維放入50mL濃度為5mg/L的亞甲基藍(lán)廢水中；(2)用光源為500W的Xe燈(100mW/cm2)，可見光對其進(jìn)行光催化降解；(3)定時取樣后應(yīng)用紫外-可見分光光度計監(jiān)測溶液中亞甲基藍(lán)的變化；(4)對照實(shí)驗(yàn)在P25上進(jìn)行，步驟同上。圖3中的曲線I為亞甲基藍(lán)在無催化劑存在時直接光解的速率圖，如圖所示，光照30min后的降解效率為6. 38%。亞甲基藍(lán)在P25輔助下的降解效率為21. 78% (曲線2);同樣的時間，在本發(fā)明Ag/AgBr納米纖維上的光催化降解效率為90. 79% (曲線3)，是P25效率的4. 17倍。從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見，可見光下，以Ag/AgBr納米纖維為光催化劑實(shí)現(xiàn)了對難降解有機(jī)污染物亞甲基藍(lán)的快速高效光催化分解，說明采用本發(fā)明制備的Ag/AgBr納米纖維是處理有機(jī)廢水的優(yōu)良功能納米材料。
權(quán)利要求
1.一種環(huán)境功能納米材料Ag/AgBr納米纖維的制備方法，其特征在于，將硝酸銀和PVP 混合制備含有銀離子的PVP溶液；將溴化鈉溶液加入到含有銀離子的PVP溶液中完成AgBr 溶膠的制備過程；然后將AgBr溶膠光照條件下攪拌,使部分AgBr分解出單質(zhì)Ag,最后經(jīng)過靜電紡絲得到Ag/AgBr納米纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的含有銀離子的PVP溶液的制備的具體過程在磁力攪拌下，加入3. 68g的無水乙醇,O. 92g蒸懼水,0. 4g PVP ;此反應(yīng)體系在室溫下磁力攪拌Ih ;再加入O. 1854g的硝酸銀，使得銀離子與PVP單體摩爾比分別為1:10 ;繼續(xù)反應(yīng)lh，備用；所述的AgBr溶膠的制備的具體過程配制重量百分含量為20%溴化鈉溶液；在含有銀離子的PVP溶液中，按照與AgN03等摩爾量加入溴化鈉溶液，維持?jǐn)嚢鐸小時，完成AgBr溶膠的制備。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，將淡黃色AgBr溶膠暴露在室內(nèi)光下，攪拌2h ;當(dāng)溶膠顏色由淡黃色轉(zhuǎn)化為灰色時，即有部分AgBr分解為Ag顆粒，得到Ag/AgBr/PVP溶膠。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，靜電紡絲時，控制工作電壓為10kV， 調(diào)節(jié)接收器與紡絲針頭距離為10cm，溶液的流出速度為O. 5mL/h。
5.—種環(huán)境功能納米材料Ag/AgBr納米纖維,其特征在于,是由權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的方法制備得到的Ag/AgBr納米纖維。
6.權(quán)利要求5所述的環(huán)境功能納米材料Ag/AgBr納米纖維的應(yīng)用方法，其特征在于，作為光催化劑在可見光下用于有機(jī)污染物廢水的處理。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種環(huán)境功能納米材料Ag/AgBr納米纖維及其制備和應(yīng)用方法。制備方法是將硝酸銀和PVP混合制備含有銀離子的PVP溶液；將溴化鈉溶液加入到含有銀離子的PVP溶液中完成AgBr溶膠的制備過程；然后將AgBr溶膠在光照條件下攪拌，使部分AgBr分解出單質(zhì)Ag，最后經(jīng)過靜電紡絲得到Ag/AgBr納米纖維。該材料中的Ag/AgBr復(fù)合結(jié)構(gòu)的晶體更有利于光生載流子的有效分離，提高光催化的效率。該催化劑可直接用于有機(jī)廢水(如亞甲基藍(lán)有機(jī)污染物)的光催化處理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明相比商品化的P25，本發(fā)明制備得到的Ag/AgBr納米纖維對亞甲基藍(lán)表現(xiàn)出更優(yōu)異光催化能力。
文檔編號C02F1/30GK103028425SQ20121053238
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月11日
發(fā)明者羅勝聯(lián), 李玥, 劉承斌, 孟德水, 韋振棟, 丁明月 申請人:湖南大學(xué)