一种Ag-碳纳米纤维复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种Ag‑碳纳米纤维复合材料及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的制备方法采用一步法，条件温和，无需特殊仪器设备，无需高温高压，操作简单易行，效率高；并且所述水热反应无需模板，以单糖作为碳源，实现单糖与催化剂前驱体Ag

A Ag carbon nano fiber composite material and preparation method and application thereof

The invention provides a Ag carbon nano fiber composite material and preparation method and application thereof. This invention provides a preparation method of using one-step method, mild condition, no need for special equipment, there is no need of high temperature, easy operation, high efficiency; and the hydrothermal reaction without template, monosaccharide as carbon source, the reduction reaction of monosaccharide and catalyst precursor Ag3PO4 AgCl, carbon nano fiber in situ catalytic growth of Ag nanoparticles in situ high dispersion supported on carbon nanofibers and Ag nanowires in situ carbon nano fiber filled in the cavity. The results of the examples show that the methylene photocatalytic degradation of organic pollutants using Ag carbon nano fiber composite material with visible light blue, dark state after adsorption of 2h, the concentration of methylene blue to the initial concentration of 55%, and then through the photocatalytic degradation of 2h, the removal efficiency of methylene blue more than 95%.

【技术实现步骤摘要】
一种Ag-碳纳米纤维复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及纳米复合材料
，尤其涉及一种Ag-碳纳米纤维复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
染料污染水体是一种日趋严重的环境问题，被染料污染过的水体具有较高毒性、潜在的诱变性和致癌性，常用于解决工业废水染料污染问题的方法有吸附法、凝固法、膜分离法、化学氧化法和光催化法。其中，光催化法多通过半导体光催化剂利用太阳能，无需加入昂贵的氧化剂，在常温、常压下就可以将大分子有机污染物转变成低毒的有机小分子、二氧化碳和水，被认为是一种有效降解有机污染物的方法。纳米Ag作为一种可见光响应的光催化剂，其表面存在等离子体共振效应，且在污染物降解中有较好的性能，被广泛用于有机污染物的降解领域。然而，单独的纳米Ag光催化剂具有较低的结构稳定性和较高的电子-空穴复合率，严重影响了纳米Ag光催化剂的光催化活性。现有技术中多通过将纳米Ag与其他材料如碳纳米纤维的复合，通过制备Ag-碳纳米纤维复合材料来解决纳米Ag的结构稳定性和电子-空穴复合的问题。现有技术中多采用分步方法制备Ag-碳纳米纤维复合材料：首先合成出碳纳米纤维，然后再将Ag担载上去。碳纳米纤维的制备方法主要有静电纺丝法和化学气相沉积法。例如，Zhang等(Macromol.Mater.Eng.2009,294,673–678)利用静电纺丝方法，用聚合物PAN和PVP的前驱体溶液，首先在10KV电压下纺丝得到多孔的PAN纳米纤维，最后在1000℃氮气气氛下高温碳化后成功制备了多孔的碳纳米纤维；Wang等(Appl.Catal.B-Environ.2017,207,316–325)利用静电纺丝法，以PAN作为碳源，施加18KV电压下纺丝制备，最后经过900℃碳化而得碳纳米纤维。化学气相沉积法制备碳纳米纤维，通常使用烷烃分子作为碳源，过渡金属作为催化剂，一般在1000℃以上的温度合成而得。例如，Endo等(Carbon2001,39,1287–1297)采用反应物流动的化学气相沉积法，制备得到直径分布较窄的亚微米碳纤维。纳米Ag在碳纳米纤维的负载方法主要有溶液浸渍法、电化学沉积法和蒸汽沉积法。例如，Paul等(J.Nanopart.Res.2011,13,5749-5757)对碳纳米纤维进行氧化处理之后，采用溶液浸渍法在碳纳米纤维上负载了尺寸20nm以上的Ag纳米颗粒。Wang等(Sci.ChinaSer.E2009,52,3215-3218)首先通过化学气相沉积法制备了碳纳米纤维，然后转移至真空腔中抽真空，再通过加热蒸发Ag纳米线使Ag颗粒沉积到碳纳米纤维表面上。然而，通过静电纺丝法和化学气相沉积法来制备碳纳米纤维，往往涉及的过程复杂，并且需要特殊仪器设备或很高的制备温度；此外，在制备碳纳米纤维的基础上分步制备Ag-碳纳米纤维复合材料，难以有效控制纳米Ag的尺寸以及Ag的分散性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种Ag-碳纳米纤维复合材料及其制备方法和应用。本专利技术提供的制备方法通过一步无模板法实现碳纳米纤维原位催化生长的同时将Ag纳米粒子有效附着在碳纳米纤维表面并且Ag纳米线原位填充于碳纳米纤维空腔内，碳纳米纤维均匀，并且Ag分散性良好。本专利技术提供了Ag-碳纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)提供包括氯源和磷酸盐的磷酸盐混合溶液和包括氯源和无机银盐的无机银盐混合溶液；(2)将磷酸盐混合溶液和无机银盐混合溶液混合，进行沉淀反应，得到催化剂前驱体；(3)将所述步骤(2)得到的催化剂前驱体与有机单糖、氯源和溶剂混合得到前驱体混合溶液，进行水热反应，得到Ag-碳纳米纤维复合材料。优选的，所述磷酸盐和无机银盐的物质的量的比为1:(0.5～3)。优选的，所述磷酸盐混合溶液中磷酸盐的浓度为0.01～0.03g/mL，所述无机银盐混合溶液中无机银盐的浓度为0.003～0.01g/mL。优选的，所述无机银盐与有机单糖的物质的量比为(0.01～0.1)：1；所述前驱体混合溶液中有机单糖的浓度为0.1～2mol/L。优选的，所述磷酸盐混合溶液中氯离子的浓度、无机银盐混合溶液中氯离子的浓度以及前驱体混合溶液中氯离子的浓度独立地为0.01～2mmol/L。优选的，所述步骤(3)中水热反应的时间为2～10h，所述水热反应的温度为100～250℃。优选的，所述水热反应后还包括对固体产物的保温处理；所述保温处理的温度为60～80℃，所述保温处理的时间为12～48h。本专利技术提供了上述技术方案所述的制备方法得到的Ag-碳纳米纤维复合材料，包括碳纳米纤维以及负载于所述碳纳米纤维表面的Ag纳米粒子，以及负载于所述碳纳米纤维空腔内的Ag纳米线。本专利技术提供了上述技术方案所述的Ag-碳纳米纤维复合材料在光催化反应中的应用。本专利技术还提供了上述技术方案所述的Ag-碳纳米纤维复合材料在异相催化反应中的应用。本专利技术提供了一种Ag-碳纳米纤维复合材料的制备方法，提供包括氯源和磷酸盐的磷酸盐混合溶液和包括氯源和无机银盐的无机银盐混合溶液；将磷酸盐混合溶液和无机银盐混合溶液混合，进行沉淀反应，得到催化剂前驱体；再将得到的催化剂前驱体与有机单糖、氯源和溶剂混合得到前驱体混合溶液，进行水热反应，得到Ag-碳纳米纤维复合材料。本专利技术提供的制备方法条件温和，无需特殊仪器设备，无需高温高压，操作简单易行，效率高；并且所述水热反应无需模板，通过简单的水热法，以单糖作为碳源，通过单糖与催化剂前驱体Ag3PO4-AgCl间的还原反应，实现碳纳米纤维原位催化生长的同时Ag纳米粒子原位高分散担载在碳纳米纤维上，并且Ag纳米线原位填充于碳纳米纤维空腔内。进一步的，本专利技术通过调控催化剂前驱体、水热反应时间、水热反应温度以及各原料的相对用量以及原料的浓度，实现碳纳米纤维的可控生长和Ag纳米粒子在碳纳米纤维表面的高分散担载以及Ag纳米线在碳纳米纤维空腔内均匀填充，获得性能优良的光催化复合材料。本专利技术提供的制备方法制备的Ag-碳纳米纤维复合材料具有优异的光催化降解性能。实施例的结果表明，将Ag-碳纳米纤维复合材料应用于可见光下的光催化降解有机污染物亚甲基蓝，经过暗态下2h的吸附后，亚甲基蓝的浓度降至初始浓度的55％，再经过2h的可见光光催化降解后，亚甲基蓝的脱除效率可达95％以上。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术实施例1制备得到的Ag-碳纳米纤维的SEM图；图2为本专利技术实施例1制备得到的Ag-碳纳米纤维的TEM图；图3为本专利技术实施例1制备得到的Ag-碳纳米纤维的TEM图；图4为本专利技术实施例1制备得到的Ag-碳纳米纤维的TEM图；图5为本专利技术实施例1制备得到的Ag-碳纳米纤维的TEM图；图6为本专利技术实施例2中Ag-碳纳米纤维复合材料在可见光下对亚甲基蓝的吸附-光催化性能测试图；图7为本专利技术实施例3中Ag-碳纳米纤维复合材料对亚甲基蓝的吸附-光催化反应循环性能；图8为本专利技术实施例1制备得到的Ag-碳纳米纤维复合材料在循环使用前后XRD图；图9为本专利技术实施例4制备得到的Ag-碳纳米纤维的TEM图；图10为本专利技术实施例4制备得到的Ag-碳纳米纤维的TEM图；图11为本专利技术实施例5中Ag-碳纳米纤维复合材料在可见光下对亚甲基蓝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ag‑碳纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)提供包括氯源和磷酸盐的磷酸盐混合溶液和包括氯源和无机银盐的无机银盐混合溶液；(2)将磷酸盐混合溶液和无机银盐混合溶液混合，进行沉淀反应，得到催化剂前驱体；(3)将所述步骤(2)得到的催化剂前驱体与有机单糖、氯源和溶剂混合得到前驱体混合溶液，进行水热反应，得到Ag‑碳纳米纤维复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种Ag-碳纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)提供包括氯源和磷酸盐的磷酸盐混合溶液和包括氯源和无机银盐的无机银盐混合溶液；(2)将磷酸盐混合溶液和无机银盐混合溶液混合，进行沉淀反应，得到催化剂前驱体；(3)将所述步骤(2)得到的催化剂前驱体与有机单糖、氯源和溶剂混合得到前驱体混合溶液，进行水热反应，得到Ag-碳纳米纤维复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磷酸盐和无机银盐的物质的量的比为1:(0.5～3)。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述磷酸盐混合溶液中磷酸盐的浓度为0.01～0.03g/mL，所述无机银盐混合溶液中无机银盐的浓度为0.003～0.01g/mL。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无机银盐与有机单糖的物质的量比为(0.01～0.1)：1；所述前驱体混合溶液中有机单糖的浓度为0.1～...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鑫，陈长凤，贾玉帅，
申请(专利权)人：江西师范大学，
类型：发明
国别省市：江西,36