Ag@Fe3O4@C/TiO2纳米材料的合成方法及其用途与流程

ag@fe3o4@c/tio2纳米材料的合成方法及其用途
技术领域
1.本发明涉及新型抑菌材料领域，具体涉及ag@fe3o4@c/tio2纳米材料的合成方法及在光催化下去除甲醛及苯系物中的用途。


背景技术：

2.目前甲醛和苯系物在室内或者车内的去除主要使用活性炭、硅藻土等吸附材料或者二氧化钛光催化材料。但是目前活性炭、硅藻土等吸附材料不能彻底去除甲醛和苯系物，只是暂时吸附达到降低甲醛和苯系物的浓度，一旦吸附饱和以后就无法再去除。而用二氧化钛光催化材料去除甲醛和苯系物则由于其能带宽度的问题，需要用到紫外光能量，而在室内或者车内，由于玻璃吸收紫外光，因此是较难利用太阳光中的紫外光能量达到光催化氧化甲醛和苯系物的目的。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种ag@fe3o4@c/tio2纳米材料的合成方法及其在光催化下去除甲醛及苯系物中的用途，本发明的纳米材料能够在车窗玻璃过滤后的可见光催化下去除甲醛及苯系物，适合用于去除室内和车内空气中的甲醛及苯系物，具有良好的应用前景。
4.所述的ag@fe3o4@c/tio2纳米材料的合成方法，包括以下步骤：
5.a、取椰壳活性炭1重量份、单臂碳纳米管0
‑
1重量份、石墨烯0
‑
1重量份，混合均匀，得到碳基底材料：
6.b、取fe3o4磁性纳米粒子，分散于乙醇中，得到fe3o4乙醇分散液，向fe3o4乙醇分散液中先加入乙醇，然后加入去离子水和浓氨溶液，混合均匀，超声10
‑
60分钟，加入步骤a制得的碳基底材料，在室温下连续搅拌5
‑
20h，过滤，沉淀物用去离子水和乙醇分别洗涤，过滤，获得fe3o4@c；
7.c、将fe3o4@c与agno3溶液混合，在搅拌下滴加氢氧化钠溶液，得到沉淀物a，用去离子水洗涤至中性，最后一次洗涤的水保留，得到沉淀物a的去离子水分散液，在搅拌下向该分散液中滴加硼氢化钠溶液，过滤，获得沉淀物b，将沉淀物b用去离子水洗涤至中性，得到ag@fe3o4@c纳米材料；
8.d、取钛酸丁酯与无水乙醇混合得到a溶液，取无水乙醇、冰醋酸和去离子水混合得到b溶液，搅拌下将b溶液缓慢加入a溶液形成溶胶，加入ag@fe3o4@c纳米材料，混合均匀，老化，得到湿凝胶，干燥得到干凝胶，将该干凝胶在氩气保护下以3
‑
8℃/min的速率升温至400
‑
500℃，恒温1
‑
5h，冷却至室温，得到ag@fe3o4@c/tio2纳米材料。
9.所述的步骤c中，fe3o4@c、agno3溶液、氢氧化钠溶液的重量比为：1
‑
10:100:100；其中，agno3溶液的浓度为0.08
‑
0.15g/ml，氢氧化钠溶液的重量百分比浓度为0.8
‑
1.5％。
10.所述的步骤c中，向沉淀物a的去离子水分散液滴加的硼氢化钠溶液重量与agno3溶液的重量一致；其中，硼氢化钠溶液的重量百分含量为2
‑
6％。
11.所述的步骤d中，制备a溶液时，钛酸丁酯溶液与无水乙醇的体积比为1
‑
2:1
‑
2，钛
酸丁酯溶液的重量百分比浓度为3
‑
7％；制备b溶液时，无水乙醇与冰醋酸的体积比为8
‑
15:1。
12.所述的步骤d中，老化的时间为8
‑
20h；干燥温度为50
‑
70℃，时间为4
‑
8h。
13.上述方法所制备的ag@fe3o4@c/tio2纳米材料在光催化下去除甲醛及苯系物中的用途。
14.本发明方法所制备的ag@fe3o4@c/tio2纳米材料，具有优秀的可见光催化下去除甲醛及苯系物的性能。经本发明实施例7的实验表明，其在3h可见光下甲醛的去除率为100％，24h苯系物去除率为40％
‑
95％。
具体实施方式
15.下面结合实施例具体说明本发明。
16.实施例1
17.ag@fe3o4@c/tio2纳米材料的合成方法，包括以下步骤：
18.a、取椰壳活性炭1kg，混合均匀，得到碳基底材料：
19.b、取fe3o4磁性纳米粒子，分散于乙醇中，得到fe3o4乙醇分散液，向fe3o4乙醇分散液中先加入乙醇，然后加入去离子水和重量百分比浓度为25％浓氨溶液，混合均匀，超声10分钟，加入步骤a制得的碳基底材料，在室温下连续搅拌5h，过滤，沉淀物用去离子水和乙醇分别洗涤，过滤，获得fe3o4@c；
20.所述的fe3o4乙醇分散液中，fe3o4的含量为0.01g/ml；所述的fe3o4乙醇分散液、乙醇、去离子水、浓氨溶液、碳化硅基底材料的重量比为2:200:50:2：1；
21.所述的fe3o4磁性纳米粒子的制备方法包括以下步骤：
22.取fecl3、柠檬酸三钠、醋酸钠溶解在乙二醇中，搅拌均匀得到黄色溶液，将黄色溶液转移至高压反应釜中，在密封状体下于160c下反应6h，冷却至室温，过滤，得到fe3o4磁性纳米粒子。
23.所述的fecl3以fecl3·
6h2o形式存在，fecl3·
6h2o、柠檬酸三钠、醋酸钠、乙二醇的重量比为：1:1:4：100；
24.c、将fe3o4@c与0.08g/ml的agno3溶液混合，在搅拌下滴加氢氧化钠溶液，得到沉淀物a，用去离子水洗涤至中性，最后一次洗涤的水保留，得到沉淀物a的去离子水分散液，在搅拌下向该分散液中滴加与agno3溶液的重量一致的的重量百分含量为2％硼氢化钠溶液，过滤，获得沉淀物b，将沉淀物b用去离子水洗涤至中性，得到ag@fe3o4@c纳米材料；其中，fe3o4@c、agno3溶液、氢氧化钠溶液的重量比为：1:100:100；
25.d、取重量百分比浓度为3％的钛酸丁酯与无水乙醇，钛酸丁酯溶液与无水乙醇的体积比为1:1，混合得到a溶液；取无水乙醇、冰醋酸和去离子水混合，无水乙醇与冰醋酸的体积比为8:1，得到b溶液；搅拌下将b溶液缓慢加入a溶液形成溶胶，加入ag@fe3o4@c纳米材料，混合均匀，老化8h，得到湿凝胶，50℃下干燥4h，得到干凝胶，将该干凝胶在氩气保护下以3℃/min的速率升温至400℃，恒温1h，冷却至室温，得到ag@fe3o4@c/tio2纳米材料。
26.实施例2
27.ag@fe3o4@c/tio2纳米材料的合成方法，包括以下步骤：
28.a、取椰壳活性炭1kg、单臂碳纳米管1kg、石墨烯1kg，混合均匀，得到碳基底材料：
29.b、取fe3o4磁性纳米粒子，分散于乙醇中，得到fe3o4乙醇分散液，向fe3o4乙醇分散液中先加入乙醇，然后加入去离子水和重量百分比浓度为28％浓氨溶液，混合均匀，超声60分钟，加入步骤a制得的碳基底材料，在室温下连续搅拌20h，过滤，沉淀物用去离子水和乙醇分别洗涤，过滤，获得fe3o4@c；
30.所述的fe3o4乙醇分散液中，fe3o4的含量为0.1g/ml；所述的fe3o4乙醇分散液、乙醇、去离子水、浓氨溶液、碳化硅基底材料的重量比为4:360:90:5：1；
31.所述的fe3o4磁性纳米粒子的制备方法包括以下步骤：
32.取fecl3、柠檬酸三钠、醋酸钠溶解在乙二醇中，搅拌均匀得到黄色溶液，将黄色溶液转移至高压反应釜中，在密封状体下于240c下反应20h，冷却至室温，过滤，得到fe3o4磁性纳米粒子。
33.所述的fecl3以fecl3·
6h2o形式存在，fecl3·
6h2o、柠檬酸三钠、醋酸钠、乙二醇的重量比为：5:2:8：130；
34.c、将fe3o4@c与0.15g/ml的agno3溶液混合，在搅拌下滴加氢氧化钠溶液，得到沉淀物a，用去离子水洗涤至中性，最后一次洗涤的水保留，得到沉淀物a的去离子水分散液，在搅拌下向该分散液中滴加与agno3溶液的重量一致的的重量百分含量为2
‑
6％硼氢化钠溶液，过滤，获得沉淀物b，将沉淀物b用去离子水洗涤至中性，得到ag@fe3o4@c纳米材料；其中，fe3o4@c、agno3溶液、氢氧化钠溶液的重量比为：10:100:100；
35.d、取重量百分比浓度为7％的钛酸丁酯与无水乙醇，钛酸丁酯溶液与无水乙醇的体积比为2:1，混合得到a溶液；取无水乙醇、冰醋酸和去离子水混合，无水乙醇与冰醋酸的体积比为15:1，得到b溶液；搅拌下将b溶液缓慢加入a溶液形成溶胶，加入ag@fe3o4@c纳米材料，混合均匀，老化20h，得到湿凝胶，70℃下干燥8h，得到干凝胶，将该干凝胶在氩气保护下以8℃/min的速率升温至500℃，恒温5h，冷却至室温，得到ag@fe3o4@c/tio2纳米材料。
36.实施例3
37.ag@fe3o4@c/tio2纳米材料的合成方法，包括以下步骤：
38.a、取椰壳活性炭1kg、单臂碳纳米管0.5kg、石墨烯0.5kg，混合均匀，得到碳基底材料：
39.b、取fe3o4磁性纳米粒子，分散于乙醇中，得到fe3o4乙醇分散液，向fe3o4乙醇分散液中先加入乙醇，然后加入去离子水和重量百分比浓度为25
‑
28％浓氨溶液，混合均匀，超声30分钟，加入步骤a制得的碳基底材料，在室温下连续搅拌10h，过滤，沉淀物用去离子水和乙醇分别洗涤，过滤，获得fe3o4@c；
40.所述的fe3o4乙醇分散液中，fe3o4的含量为0.6g/ml；所述的fe3o4乙醇分散液、乙醇、去离子水、浓氨溶液、碳化硅基底材料的重量比为3:300:70:3：1；
41.所述的fe3o4磁性纳米粒子的制备方法包括以下步骤：
42.取fecl3、柠檬酸三钠、醋酸钠溶解在乙二醇中，搅拌均匀得到黄色溶液，将黄色溶液转移至高压反应釜中，在密封状体下于200c下反应12h，冷却至室温，过滤，得到fe3o4磁性纳米粒子。
43.所述的fecl3以fecl3·
6h2o形式存在，fecl3·
6h2o、柠檬酸三钠、醋酸钠、乙二醇的重量比为：3:1:6：120；
44.c、将fe3o4@c与0.12g/ml的agno3溶液混合，在搅拌下滴加氢氧化钠溶液，得到沉淀
物a，用去离子水洗涤至中性，最后一次洗涤的水保留，得到沉淀物a的去离子水分散液，在搅拌下向该分散液中滴加与agno3溶液的重量一致的的重量百分含量为4％硼氢化钠溶液，过滤，获得沉淀物b，将沉淀物b用去离子水洗涤至中性，得到ag@fe3o4@c纳米材料；其中，fe3o4@c、agno3溶液、氢氧化钠溶液的重量比为：5:100:100；
45.d、取重量百分比浓度为3
‑
7％的钛酸丁酯与无水乙醇，钛酸丁酯溶液与无水乙醇的体积比为1:2，混合得到a溶液；取无水乙醇、冰醋酸和去离子水混合，无水乙醇与冰醋酸的体积比为12:1，得到b溶液；搅拌下将b溶液缓慢加入a溶液形成溶胶，加入ag@fe3o4@c纳米材料，混合均匀，老化15h，得到湿凝胶，60℃下干燥6h，得到干凝胶，将该干凝胶在氩气保护下以6℃/min的速率升温至450℃，恒温3h，冷却至室温，得到ag@fe3o4@c/tio2纳米材料。
46.实施例4
47.ag@fe3o4@c/tio2纳米材料的合成方法，包括以下步骤：
48.a、取椰壳活性炭1kg、单臂碳纳米管0.8kg，混合均匀，得到碳基底材料：
49.b、取fe3o4磁性纳米粒子，分散于乙醇中，得到fe3o4乙醇分散液，向fe3o4乙醇分散液中先加入乙醇，然后加入去离子水和重量百分比浓度为27％浓氨溶液，混合均匀，超声50分钟，加入步骤a制得的碳基底材料，在室温下连续搅拌17h，过滤，沉淀物用去离子水和乙醇分别洗涤，过滤，获得fe3o4@c；
50.所述的fe3o4乙醇分散液中，fe3o4的含量为0.03g/ml；所述的fe3o4乙醇分散液、乙醇、去离子水、浓氨溶液、碳化硅基底材料的重量比为2:230:60:4：1；
51.所述的fe3o4磁性纳米粒子的制备方法包括以下步骤：
52.取fecl3、柠檬酸三钠、醋酸钠溶解在乙二醇中，搅拌均匀得到黄色溶液，将黄色溶液转移至高压反应釜中，在密封状体下于220c下反应8h，冷却至室温，过滤，得到fe3o4磁性纳米粒子。
53.所述的fecl3以fecl3·
6h2o形式存在，fecl3·
6h2o、柠檬酸三钠、醋酸钠、乙二醇的重量比为：2:2:7：120；
54.c、将fe3o4@c与0.09g/ml的agno3溶液混合，在搅拌下滴加氢氧化钠溶液，得到沉淀物a，用去离子水洗涤至中性，最后一次洗涤的水保留，得到沉淀物a的去离子水分散液，在搅拌下向该分散液中滴加与agno3溶液的重量一致的的重量百分含量为2
‑
6％硼氢化钠溶液，过滤，获得沉淀物b，将沉淀物b用去离子水洗涤至中性，得到ag@fe3o4@c纳米材料；其中，fe3o4@c、agno3溶液、氢氧化钠溶液的重量比为：8:100:100；
55.d、取重量百分比浓度为4％的钛酸丁酯与无水乙醇，钛酸丁酯溶液与无水乙醇的体积比为2:1，混合得到a溶液；取无水乙醇、冰醋酸和去离子水混合，无水乙醇与冰醋酸的体积比为11:1，得到b溶液；搅拌下将b溶液缓慢加入a溶液形成溶胶，加入ag@fe3o4@c纳米材料，混合均匀，老化18h，得到湿凝胶，55℃下干燥5h，得到干凝胶，将该干凝胶在氩气保护下以4℃/min的速率升温至480℃，恒温4h，冷却至室温，得到ag@fe3o4@c/tio2纳米材料。
56.实施例5
57.ag@fe3o4@c/tio2纳米材料的合成方法，包括以下步骤：
58.a、取椰壳活性炭1kg、石墨烯1kg，混合均匀，得到碳基底材料：
59.b、取fe3o4磁性纳米粒子，分散于乙醇中，得到fe3o4乙醇分散液，向fe3o4乙醇分散液中先加入乙醇，然后加入去离子水和重量百分比浓度为25
‑
28％浓氨溶液，混合均匀，超
声45分钟，加入步骤a制得的碳基底材料，在室温下连续搅拌17h，过滤，沉淀物用去离子水和乙醇分别洗涤，过滤，获得fe3o4@c；
60.所述的fe3o4乙醇分散液中，fe3o4的含量为0.07g/ml；所述的fe3o4乙醇分散液、乙醇、去离子水、浓氨溶液、碳化硅基底材料的重量比为4:320:80:4:1；
61.所述的fe3o4磁性纳米粒子的制备方法包括以下步骤：
62.取fecl3、柠檬酸三钠、醋酸钠溶解在乙二醇中，搅拌均匀得到黄色溶液，将黄色溶液转移至高压反应釜中，在密封状体下于180c下反应11h，冷却至室温，过滤，得到fe3o4磁性纳米粒子。
63.所述的fecl3以fecl3·
6h2o形式存在，fecl3·
6h2o、柠檬酸三钠、醋酸钠、乙二醇的重量比为：2:1:4：100；
64.c、将fe3o4@c与0.14g/ml的agno3溶液混合，在搅拌下滴加氢氧化钠溶液，得到沉淀物a，用去离子水洗涤至中性，最后一次洗涤的水保留，得到沉淀物a的去离子水分散液，在搅拌下向该分散液中滴加与agno3溶液的重量一致的的重量百分含量为3％硼氢化钠溶液，过滤，获得沉淀物b，将沉淀物b用去离子水洗涤至中性，得到ag@fe3o4@c纳米材料；其中，fe3o4@c、agno3溶液、氢氧化钠溶液的重量比为：9:100:100；
65.d、取重量百分比浓度为3
‑
7％的钛酸丁酯与无水乙醇，钛酸丁酯溶液与无水乙醇的体积比为1:1，混合得到a溶液；取无水乙醇、冰醋酸和去离子水混合，无水乙醇与冰醋酸的体积比为13:1，得到b溶液；搅拌下将b溶液缓慢加入a溶液形成溶胶，加入ag@fe3o4@c纳米材料，混合均匀，老化16h，得到湿凝胶，65℃下干燥5h，得到干凝胶，将该干凝胶在氩气保护下以6℃/min的速率升温至420℃，恒温2h，冷却至室温，得到ag@fe3o4@c/tio2纳米材料。
66.实施例6
67.ag@fe3o4@c/tio2纳米材料的合成方法，包括以下步骤：
68.a、取椰壳活性炭1kg、单臂碳纳米管0.3kg、石墨烯0.6kg，混合均匀，得到碳基底材料：
69.b、取fe3o4磁性纳米粒子，分散于乙醇中，得到fe3o4乙醇分散液，向fe3o4乙醇分散液中先加入乙醇，然后加入去离子水和重量百分比浓度为26％浓氨溶液，混合均匀，超声50分钟，加入步骤a制得的碳基底材料，在室温下连续搅拌18h，过滤，沉淀物用去离子水和乙醇分别洗涤，过滤，获得fe3o4@c；
70.所述的fe3o4乙醇分散液中，fe3o4的含量为0.02g/ml；所述的fe3o4乙醇分散液、乙醇、去离子水、浓氨溶液、碳化硅基底材料的重量比为2:230:80:3：1；
71.所述的fe3o4磁性纳米粒子的制备方法包括以下步骤：
72.取fecl3、柠檬酸三钠、醋酸钠溶解在乙二醇中，搅拌均匀得到黄色溶液，将黄色溶液转移至高压反应釜中，在密封状体下于210c下反应8h，冷却至室温，过滤，得到fe3o4磁性纳米粒子。
73.所述的fecl3以fecl3·
6h2o形式存在，fecl3·
6h2o、柠檬酸三钠、醋酸钠、乙二醇的重量比为：2:1:5：100；
74.c、将fe3o4@c与0.14g/ml的agno3溶液混合，在搅拌下滴加氢氧化钠溶液，得到沉淀物a，用去离子水洗涤至中性，最后一次洗涤的水保留，得到沉淀物a的去离子水分散液，在搅拌下向该分散液中滴加与agno3溶液的重量一致的的重量百分含量为2
‑
6％硼氢化钠溶
液，过滤，获得沉淀物b，将沉淀物b用去离子水洗涤至中性，得到ag@fe3o4@c纳米材料；其中，fe3o4@c、agno3溶液、氢氧化钠溶液的重量比为：9:100:100；
75.d、取重量百分比浓度为3
‑
7％的钛酸丁酯与无水乙醇，钛酸丁酯溶液与无水乙醇的体积比为2:1，混合得到a溶液；取无水乙醇、冰醋酸和去离子水混合，无水乙醇与冰醋酸的体积比为10:1，得到b溶液；搅拌下将b溶液缓慢加入a溶液形成溶胶，加入ag@fe3o4@c纳米材料，混合均匀，老化10h，得到湿凝胶，60℃下干燥5h，得到干凝胶，将该干凝胶在氩气保护下以7℃/min的速率升温至440℃，恒温2h，冷却至室温，得到ag@fe3o4@c/tio2纳米材料。
76.实施例7：
77.一、甲醛去除率测试实验
78.1、实验分组
79.实验组1:在三组50l密封舱内，加入本发明实施例3的ag@fe3o4@c/tio2纳米材料2g。
80.实验组2：在三组50l密封舱内，加入本发明实施例3的ag@fe3o4@c/tio2纳米材料4g。
81.空白对照组：在三组50l密封舱内，不加入任何材料。
82.2、实验方法及结果：用日光灯照射，结果见下表1：
83.表1甲醛去除率测试结果
[0084][0085]
二、苯系物去除率测试实验一
[0086]
1、实验分组
[0087]
实验组:在三组50l密封舱内，分别加入本发明实施例3的ag@fe3o4@c/tio2纳米材料25g。空白对照组：在两组50l密封舱内，不加入任何材料；
[0088]
2、实验方法及结果：日光灯照射，结果见下表2：
[0089]
表2苯系物去除率测试结果一
[0090][0091]
三、苯系物去除率测试实验二
[0092]
1、实验分组
[0093]
实验组:在三组50l密封舱内，加入本发明实施例3的ag@fe3o4@c/tio2纳米材料50g。
[0094]
空白对照组：在两组50l密封舱内，不加入任何材料；
[0095]
2、实验方法及结果：在50l密封舱内进行实验，日光灯照射，结果见下表3：
[0096]
表3苯系物去除率测试结果二
[0097]