[发明专利]一种利用牛骨制备Ag3

说明书

本发明公开了一种利用牛骨、氧化石墨烯和硝酸银制备Ag₃PO₄/GO/HAP复合光催化剂的方法，以牛骨中的磷酸盐作为磷酸银光催化剂的磷源，属于畜牧业固体废物高值资源化利用领域。包括如下步骤：将牛骨破碎成小块，用去离子水煮沸数小时并洗涤数次至油脂和胶原蛋白脱除，然后放入马弗炉中热解制得生物质羟基磷酸钙，将其球磨后与分散了氧化石墨烯的硝酸银溶液在超声条件下避光反应，再经洗涤离心、真空干燥后制得Ag₃PO₄/GO/HAP复合光催化剂。生物质羟基磷酸钙由来源广泛且价格低廉的牛骨制得，所制得的催化剂产品在可见光区光催化活性高，光催化稳定性和抗光腐蚀性能良好，可用于降解工业、农业和生活排放废水中的有机污染物，具有良好的经济效益与环境效益。

技术领域

本发明公开了一种以牛骨中磷酸盐作为磷酸银光催化剂的磷源，利用牛骨、氧化石墨烯和硝酸银制备Ag₃PO₄/GO/HAP复合光催化剂的方法，属于畜牧业固体废物高值资源化利用领域。

背景技术

我国牧牛饲牛规模庞大。据国家统计局2019年国民经济和社会发展统计公报显示，我国2019年牛肉产量为667万吨，产生牛骨大约166万吨，牛骨的高值利用具有相当大的资源优势。目前骨产品以低附加值的粗加工产品为主，既造成了资源浪费又造成了环境污染。磷酸银禁带宽度约为2.43eV，在约占太阳光总能量一半的可见光激发下量子产率高，具有强大的光催化氧化性能，是当下工业、农业和生活领域含有机物废水光催化降解处理领域研究的热点材料之一。利用牛骨中的磷酸盐作为磷酸银光催化剂的磷源，可显著提升牛骨的利用价值。

但磷酸银在光照下产生的光生电子易将银离子还原生成单质银 (4Ag₃PO₄+6H₂O+12h⁺+12e^-→12Ag+4H₃PO₄+3O₂)，发生光腐蚀，使得磷酸银的稳定性比较差，从而导致其光催化能力大幅降低，这大大限制了磷酸银光催化剂的应用发展。因此，通过在磷酸银表面复合能够接受光生电子的物质，制得光稳定性和光催化性能优良的磷酸银光催化剂成为当下研究的重点。

本发明以牛骨为磷源制得的磷酸银可掺杂少量生物质羟基磷酸钙(HAP)，后者的表面磷酸根基团在光照下会产生表面缺陷(空穴)位，在可见光激发下，磷酸银表面产生的光生电子会转移到HAP表面缺陷位，使其表面吸附的O₂接受电子产生O₂·。因此，少量掺杂的HAP可产生O₂·活性基团及显著增加磷酸银光生电子和光生空穴的分离效率，提高光催化活性。单层二维蜂窝状晶格结构的氧化石墨烯(GO)具有巨大的比表面积及极高的载流子迁移率，复合到磷酸银表面后，可改善磷酸银和废水溶液的界面接触、增强吸附活性和有效促使光生空穴和光生电子的分离，进一步提高磷酸银的光催化活性及抗光腐蚀性能。

发明内容

本发明以牛骨、氧化石墨烯与硝酸银为原材料，通过热解、球磨、超声反应、洗涤离心、真空干燥等手段制得Ag₃PO₄/GO/HAP复合光催化剂，其在可见光区具有优异的光催化活性，可以高效降解工业、农业和生活废水中有机污染物。本发明所用技术方法为：

(1)热解：将牛骨破碎成小块，用去离子水煮沸数小时并洗涤数次至油脂和胶原蛋白脱除，然后将其放入马弗炉中，在400～1200℃热解2～8h。

(2)球磨：将(1)步骤的产物使用高能球磨机以球料比3:1～15:1球磨8～24h，使其成为微纳米级粉体。

(3)超声反应：将(2)步骤的产物加入分散了氧化石墨烯的硝酸银溶液，在超声条件下避光反应30～60min，其中m(HAP):m(Ag₃PO₄)＝1:1～1:5，m(GO):m(Ag₃PO₄+HAP)＝0.5:100～2:100。