一種復合型可見光催化劑及其制備方法與應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于材料制備及光催化技術領域，具體涉及一種具有高效殺菌活性的復合型可見光催化劑及其制備方法與應用。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著人們生活水平的提高，人們對工作和生活環(huán)境的衛(wèi)生狀況日益重視，各種抗菌功能材料也應運而生。其中光催化劑因其反應條件溫和、無二次污染以及可利用太陽光等優(yōu)點受到了研究者的廣泛關注。與傳統(tǒng)的殺菌劑相比，光催化劑能有效的處理細菌死后釋放出的有毒物質和致熱物質。
[0003]光催化技術是一種高級氧化技術，其原理是光催化劑如二氧化鈦(T12)在紫外光的作用下產(chǎn)生空穴和電子，并進一步通過化學作用產(chǎn)生具有高活性的自由基等一些高活性基團，這些物質能破壞細菌的細胞膜，進而使細胞內的DNA鏈斷裂。目前，T12光催化技術在環(huán)境保護中的應用已有相關報道。然而，普遍使用的1102基光催化劑存在量子效率低和太陽能利用率低的弊端。針對這些問題，研究者們對T12進行了大量的改性研究包括各種金屬和非金屬元素摻雜、貴金屬表面沉積、半導體復合、染料敏化等，并取得了一定的進展，但是仍未從根本上解決其量子效率低和太陽能利用率低這兩個重大問題，這促使研究者們進一步將視線轉向非打02系列的化合物，嘗試開發(fā)新型高效的光催化劑和拓寬光催化劑的響應范圍。
[0004]我們在前期工作中發(fā)現(xiàn)了在可見光照射下，共價三嗪有機聚合物(CTF)能夠光解水產(chǎn)氫，但是并未在殺菌性能方面進行研究。并且由于CTF催化劑量子效率低，光生電子和空穴容易復合，造成CTF的光催化性能較低。針對催化劑光生載流子易復合的問題，一般是采用對催化劑進行改性，以此來抑制光生電子空穴的復合。在眾多的改性方法中，構建復合型光催化劑已被證明是提高催化劑光催化活性的有效途徑。在復合型光催化劑中，基于銀/鹵化銀(六8/^乂3=(:1，8^1)的復合物表現(xiàn)出了優(yōu)良的催化性能，且該類催化劑具有良好的穩(wěn)定性。已經(jīng)報道的基于銀/鹵化銀(Ag/AgX，X=Cl, Br, I)的復合光催化劑主要有Ag/
，均有效提高了光催化劑活性。眾多研究表明，在可見光的照射下，金屬銀表現(xiàn)出表面等離子體共振吸收效應，這種吸收使得金屬銀納米粒子表面產(chǎn)生了光生電子和空穴對，電子迅速傳遞到銀納米粒子的表面從而遠離鹵化銀顆粒表面，而空穴將迅速地傳遞到鹵化銀顆粒表面，從而提高催化劑表面的光生電子-空穴對的分離率，使催化劑的活性得到提高。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種具有高效殺菌活性的復合型可見光催化劑及其制備方法與應用，該光催化劑活性組分利用率高，能夠高效殺菌，有較大的應用潛力。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
一種復合型可見光催化劑，其為Ag/AgBr/CTF復合物。復合物中Ag元素負載量占CTF重量的10°/『90%，所述Ag元素包括以單質形式存在的Ag和以AgBr形式存在的Ag+。
[0007]所述復合型可見光催化劑的制備方法，是先采用液相合成法制備出CTF，然后將AgBr負載在CTF上，再采用光還原法將部分AgBr還原成單質Ag負載在AgBr/CTF復合物上，形成所述復合型可見光催化劑。
[0008]其具體包括以下步驟:
(1)共價三嗪聚合物(CTF)的制備
在(TC攪拌條件下，將40 mL三氟甲烷磺酸加入到5.12 g對苯二甲腈中，更換油浴并升溫至30°C，靜置3天后，所得固體用160-200 mL的二氯甲烷沖洗，再用氨水洗滌；然后加入200-250 mL氨水攪拌過夜，水洗并離心分離，最后用甲醇清洗并離心一次，得到固體沉淀；將固體用甲醇在90°C條件下回流36 h，再用二氯甲烷在70°C條件下回流36 h，80°C真空干燥12 h，即得共價三嗪有機聚合物；
(2)AgBr/CTF復合物的制備
將0.169-1.518 g十六烷基三甲基溴化銨加入50 mL蒸餾水中，70°C水浴加熱溶解后，加入0.5 g共價三嘆有機聚合物，攪拌溶解60 min后，按所需Ag元素負載量加入AgNO3,繼續(xù)攪拌4 h后離心分離，沉淀物用蒸餾水和無水乙醇洗滌，80°C烘干即得AgBr/CTF復合物；
(3)Ag/AgBr/CTF復合物的制備
將步驟(2)得到的AgBr/CTF復合物加入去離子水中，攪拌、通氫氣30 min后，在氙燈下照射2 h，離心，烘干，研磨即得。
[0009]所述復合型可見光催化劑可用于作為光催化殺菌劑。
[0010]本發(fā)明的顯著優(yōu)點在于:
(I)本發(fā)明首次將Ag和AgBr負載于CTF上，有效地分離了光生電子和空穴，形成一種新型可見光催化劑。
[0011](2)本發(fā)明復合型可見光催化劑具有尚效的殺菌性能，將其制備成光催化殺菌劑具有良好的應用前景。
【附圖說明】
[0012]圖1為不同負載量的Ag/AgBr/CTF復合型可見光催化劑的粉末XRD圖。
[0013]圖2為實施例3所得Ag/AgBr/CTF復合型可見光催化劑的粉末TEM圖。
[0014]圖3為不同負載量的Ag/AgBr/CTF復合型可見光催化劑殺菌的效果圖。
【具體實施方式】
[0015]本發(fā)明復合型可見光催化劑的具體制備方法包括以下步驟:
(I)共價三嗪聚合物的制備
在(TC攪拌條件下，將40 mL三氟甲烷磺酸加入到5.12 g對苯二甲腈中，更換油浴并升溫至30°C，靜置3天后，所得固體用160-200 mL的二氯甲烷沖洗，再用氨水洗滌；然后加入200-250 mL氨水攪拌過夜，水洗并離心分離，最后用甲醇清洗并離心一次，得到固體沉淀；將固體用甲醇在90°C條件下回流36 h，再用二氯甲烷在70°C條件下回流36 h，80°C真空干燥12 h，即得共價三嗪聚合物； (2)AgBr/CTF復合物的制備
將0.169-1.518 g十六烷基三甲基溴化銨加入50 mL蒸餾水中，70°C水浴加熱溶解后，加入0.5 g共價三嗪聚合物，攪拌溶解60 min后，按所需Ag元素負載量占CTF重量10%~90%的量加入AgNO3,繼續(xù)攪拌4 h后離心分離，沉淀物用蒸餾水和無水乙醇洗滌，80°C烘干即得AgBr/CTF復合物；
(3)Ag/AgBr/CTF復合物的制備
將步驟(2)得到的AgBr/CTF復合物加入去離子水中，攪拌、通氫氣30 min后，在氙燈下照射2 h，離心，烘干，研磨即得。
[0016]以下是本發(fā)明的幾個實施例，進一步說明本發(fā)明，但是本發(fā)明不僅限于此。
[0017]在0°C攪拌條件下，將40 mL三氟甲烷磺酸加入到5.12 g對苯二甲腈中，更換油浴并升溫至30°C，靜置3天后，所得固體用160 mL的二氯甲烷沖洗，再用氨水洗滌；然后加入200 mL氨水攪拌過夜，水洗并離心分離，最后用甲醇清洗并離心一次，得到固體沉淀；將固體加甲醇在90°C條件下回流36 h，再用二氯甲烷在70°C條件下回流36 h，過濾，80°C真空干燥12 h，即得所述的共價三嗪有機聚合物。
[0018]實施例1 Ag/AgBr/CTF復合物的制備
將0.169 g十六烷基三甲基溴化銨加入裝有50 mL蒸餾水的燒杯中，70°C水浴加熱溶解后，加入0.5 g制得的CTF，攪