染料廢水具有成分復雜、排放量大、色度高、毒性大、難以生物降解的特點，其中含有的有機污染物對環境造成嚴重污染。目前采用的染料廢水處理方法均難以滿足排放標準要求。近年來，很多學者對光催化降解染料廢水進行了大量研究〔1〕，表明光催化技術適于治理染料廢水 污染。光催化技術可在太陽光照下分解水體和空氣中的有機污染物，將其礦化為 CO2和 H2O，可在節約能源的前提下達到治理環境的目的。然而，目前大多數光催化劑只能吸收利用僅占太陽光4%左右的紫外光，而對于占太陽光45%左右的可見光吸收利用率極低〔2〕。此外，光催化過程中光生電子和空穴容易復合，使光催化活性下降。因此，高效可見光響應型催化劑的開發是光催化技術規�；瘧玫年P鍵〔3-4〕。
Ag3PO4是近年來新興的一種可見光響應型催化劑，在吸收光波長大于420 nm 時的量子效率達90%，有很強的光氧化和降解有機污染物的能力〔5〕。Ag3PO4目前已成為很有應用前景的新型、高效可見光催化劑。然而，如何進一步提高 Ag3PO4的光催化活性和穩定性是一項極具挑戰的任務。已有研究表明，通過兩種半導體的復合能促進光生載流子的分離，可提高單一半導體的光催化性能〔6〕，如TiO2/ Ag3PO4〔7〕、SnO2/Ag3PO4〔8〕、ZnO/Ag3PO4〔9〕。
筆者先用配位-沉淀反應制備Ag3PO4，再以Ag3PO4和KBr為前體，采用原位離子交換法制得AgBr沉積于Ag3PO4表面的AgBr/Ag3PO4復合催化劑，并考察不同反應條件對復合催化劑催化降解甲基橙性能的影響。
1 實驗部分
1.1 試劑及儀器
AgNO3、氨水、磷酸氫二鈉、溴化鉀、甲基橙(MO)均為分析純，實驗用水為去離子水;752型紫外-可見分光光度計，上海第三分析儀器廠。
1.2 材料準備
磷酸銀的制備：稱取一定量的硝酸銀溶于10 mL去離子水中，不斷攪拌下逐滴加入質量分數2%的稀氨水，至溶液剛好變澄清時停止滴加。然后逐滴加入0.1 mol/L的磷酸氫二鈉溶液，出現黃綠色沉淀，繼續攪拌2 h，過濾并反復水洗，于恒溫干燥箱中 50 ℃干燥12 h。
復合催化劑的制備： 稱取0.209 2 g Ag3PO4，按物質的量比為1∶1、1∶2、2∶1加入KBr，再加入20 mL去離子水并攪拌使其充分混合，繼續攪拌1 h，然后抽濾，洗滌，在80 ℃下烘干12 h，即得AgBr/Ag3PO4粉末樣品。
模擬染料廢水的配制：先配制質量濃度為1 000 mg/L的甲基橙貯備液，按照稀釋倍數為500倍、200倍、100倍、67倍、50倍將甲基橙貯備液進行稀釋，得到質量濃度依次為2、5、10、15、20 mg/L的甲基橙使用液。
1.3 光降解實驗
以甲基橙溶液為模擬降解物，在自制光催化反應裝置中進行光催化降解實驗。取50 mL質量濃度為10 mg/L的甲基橙溶液，加入50 mg催化劑，置于磁力攪拌器上攪拌均勻。先在黑暗條件下反應 50 min使吸附脫附達到平衡，然后開始光反應，光反應時間1 h。采用光源為500 W氙燈，用濾光片把波長小于420 nm的光濾掉，以保證反應在可見光下進行，光源距離液面約30 cm。反應過程中間隔一定時間取樣，離心，取上清液于比色皿中，用紫外可見分光光度計在甲基橙最佳吸收波長下測試其吸光度，并與初始吸光度比較，以此考察催化劑降解性能。
2 結果與討論
2.1 催化劑表征
對Ag3PO4和AgBr/Ag3PO4樣品分別進行XRD分析，所得譜圖如圖 1所示。
圖 1 樣品的XRD譜圖
由圖 1可以看出，二者衍射峰的峰形均比較尖銳，并且半峰寬較窄，說明樣品的結晶程度高。Ag3PO4試樣中的所有衍射峰均與其立方晶相(標準卡JCPDS 06-0505)保持一致。在Ag3PO4表面沉積AgBr后，復合試樣的XRD譜圖中增加了AgBr的特征峰(標準卡JCPD S06-0438)，其中26.71°、31.04°、44.36°、52.48°、55.09°、64.55°、73.23°處的特征峰依次為AgBr(111)、(200)、(220)、(311)、(222)、(400)、(422)晶面的衍射峰。原Ag3PO4衍射峰的強度除稍有減弱外，沒有其他明顯變化，這是因為AgBr與Ag3PO4的結合為簡單的表面物理沉積。
2.2 物料配比對樣品光催化性能的影響
分別以n(KBr)∶n(Ag3PO4)為1∶1、2∶1、1∶2制備AgBr/Ag3PO4復合光催化劑，并對所得樣品進行光催化性能評價，實驗結果見圖 2。
圖 2 不同物料配比下制得樣品的光催化活性
由圖 2可知，復合催化劑的吸附性能及光催化性能均優于純Ag3PO4催化劑。當n(KBr)∶n(Ag3PO4)為1∶1時，制得樣品的可見光催化效果最好。
2.3 溶液初始質量濃度對降解效果的影響
在催化劑投加量一定的前提下，其對不同初始質量濃度的甲基橙溶液降解情況如圖 3所示。
圖 3 不同初始質量濃度下甲基橙降解性能
由圖 3可知，隨著甲基橙溶液初始質量濃度的增加，光催化降解率降低。在甲基橙溶液起始質量濃度分別為5、10、15、20 mg/L時反應30 min對甲基橙的降解率分別為96.56%、82.28%、51.22%、47.11%。這是由于一定量的催化劑提供的活性中心數量是固定的，能吸附降解一定量的底物，增加溶液質量濃度將使其降解率降低。質量濃度過低時甲基橙分子難以被催化劑吸附，不利于光降解，反而會使降解效率降低。在實驗范圍內以甲基橙起始質量濃度為5 mg/L為最佳。
2.4 催化劑用量對降解效果的影響
固定甲基橙溶液初始質量濃度為5 mg/L，考察催化劑投加量對降解效果的影響，結果如圖 4所示。
圖 4 不同催化劑用量下甲基橙降解性能
由圖 4可知隨著催化劑使用量的增加，對甲基橙的降解效率提高。當催化劑投加量分別為25、50、75、100 mg時反應30 min對甲基橙的降解率分別為47.11%、82.23%、94.13%、96.32%，甲基橙降解率的增幅隨催化劑用量的增加逐漸減小。在一定范圍內催化劑用量越多，提供的活性中心數量越多，可有效吸附更多的光量子和污染物分子，提高光催化活性，對甲基橙溶液的降解效果越好。當催化劑用量達到某一值時，對光的吸收達到飽和，催化活性達到最高點。實驗確定催化劑用量為2 g/L。
2.5 光催化劑的穩定性
對復合光催化劑進行了循環降解甲基橙的實驗，以評價復合光催化劑的穩定性和再利用能力，實驗結果如圖 5所示。復合光催化劑重復使用5次對甲基橙的降解率依次為96.01%、83.67%、71.09%、58.98%、51.45%，使用5次后的降解率仍大于Ag3PO4對甲基橙的初始降解率(33.30%)，可見復合光催化劑具有較好的穩定性。
圖 5 催化劑的循環使用性能
2.6 光催化機理研究
目前認為光催化反應中的氧化性物種主要為h+、·OH和O2-·。EDTA、無水甲醇、NaHCO3可分別做h+、·OH和O2-·的捕獲劑〔10, 11〕。向反應液中分別加入EDTA、無水甲醇、NaHCO3進行光催化實驗，以探明該復合光催化劑在光反應過程中的主要作用物種，從而厘清其作用機理�；钚晕锓N捕獲實驗結果如圖 6所示。
圖 6 不同捕獲劑對甲基橙降解效果的影響
由圖 6可知，加入EDTA后甲基橙降解率大大降低，1 h降解率僅為8.35%;加入無水甲醇后甲基橙的降解率也有較明顯的下降，降解率下降了32.33%;而加入NaHCO3后，對甲基橙的降解率(1 h)為90.82%，與不加捕獲劑時相比催化性能沒有顯著減低。說明在該降解反應中O2-·不是主要活性物種，而h+和·OH為起氧化作用的主要物種。具體參見http://www.bnynw.com更多相關技術文檔。
3 結論
同一條件下，AgBr/Ag3PO4復合光催化劑對甲基橙的降解性優于Ag3PO4。n(KBr)∶n(Ag3PO4)為1∶1時制得樣品的可見光催化效果最好。復合光催化劑對低質量濃度甲基橙的降解性能高于對高濃度甲基橙的降解，實驗中以5 mg/L為最佳質量濃度;在一定范圍內催化劑用量越多，光催化降解效率越高，催化劑適宜投加量為2 g/L;AgBr/Ag3PO4具有良好的穩定性，可以重復使用;空穴和·OH是AgBr/Ag3PO4光催化反應中的主要氧化性物質。
