纳米溴化银的制备及其光催化性能的研究

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近年来,对于染料废水的处理已经成为了工业废水处理中的一大难题。由于染料废水的毒性很大、色度较高、可再生化性差等特点致使传统的降解方法不能够有效地去除其中的有机色素。因此寻求一种可以有效处理染料废水的新技术一直是大家关注的重点。光催化法以其操作较简单、反应条件较容易控制、无二次污染、氧化能力强等优点逐渐地作为一种新的降解废水的方法而得到人们的重视。卤化银是一类非常重要的半导体材料,广泛的应用于磁学、光学、电学等很多领域。除了作为光信息存储材料之外还可以将其用作为光催化剂使用。在这其中的纳米卤化银粒子由于具有小尺寸效应、量子限域效应和比表面效应等特点比大尺寸的卤化银粒子拥有更高的降解速率。传统的方法很难制备得到纳米尺寸且分散性好的纳米卤化银粒子的。为了得到粒径更小的粒子,近代发展了很多种制备纳米粒子的新方法。我们主要采用了其中的微乳液法和液相沉淀法来制备纳米溴化银粒子。通过制备得到的纳米溴化银粒子来研究其光催化性能。微乳液是是一个各向同性、透明的且热力学稳定的体系。从上个世纪八十年起,W/O微乳液法就用于制备各种纳米粒子。本论文采用了硝酸银(溴化钠)溶液/正戊醇/TritonX-100/环己烷微乳液体系和硝酸银(溴化钠)溶液/正庚烷/AOT微乳液体系这两种体系制备得到了纳米溴化银粒子。通过对两个体系得到的纳米粒子的形貌对比可知,采用AOT为表面活性剂的微乳液体系制得的纳米粒子粒径分布不均匀,大部分粒径在80~150nm之间,有少量粒子的粒径超过200nm。而采用TritonX-100为表面活性剂的微乳液体系制备得到的纳米粒子分布均匀,平均的粒径大小为71nm。主要原因是由于国产AOT主要用于工业生产会含有少量杂质,并且AOT易吸潮也影响了其微乳液的稳定性,致使得到的纳米粒子尺寸分布不均匀。同时,我们又采用了液相沉淀法来制备纳米溴化银粒子。在此方法中采用CTAB为表面活性剂。CTAB在水中可以形成胶束从而限制反应只能在有限的微小区域内进行,使纳米粒子的尺寸得到了限制并且阻止了其进一步团聚。通过采用XRD、SEM、DLS等分析手段,可以确定制备得到的纳米溴化银粒子纯度高、粒径尺寸分布均匀。通过对其红外光谱和紫外可见光谱的分析,可知表面活性剂CTAB很好的修饰在了纳米溴化银的表面上;纳米溴化银在可见光区域也有吸收,为其作为光催化剂并且可以利用太阳光提供了一个先决条件。通过对其热重的分析可以知道,在溶液温度小于210℃时均可作为催化剂使用。同时也讨论了反应时间、反应温度、反应浓度、不同表面活性剂的浓度及不同反应物配比等条件对产物的影响。反应的最佳条件为,在室温条件下,反应4h,反应物采用等物质的量且浓度为0.5mol/L,可制得粒径分布均匀且大小为45nm左右的纳米粒子。在文章的最后一部分,对于沉淀法制备得到的纳米溴化银粒子的光催化性能进行了研究。通过对光照时间、光源的种类、甲基橙的浓度、催化剂的用量、纳米粒子粒径大小及溶液pH值等实验条件的分析,可知纳米溴化银光催化剂具有降解效果稳定、降解效率高及在自然光的条件下可以进行降解反应等优点。并且酸性条件下的光催化性优于碱性条件下的光催化性。与纳米二氧化钛和纳米氧化锌相比,纳米溴化银不仅催化效率更高,而且在自然光照的条件下仍然可以保持很好的光催化性能,其降解率在90%以上。
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