本發(fā)明屬于環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種ZnO空心納米顆粒的制備方法。

背景技術(shù)：

以ZnO和二氧化鈦(TiO₂)為代表的半導(dǎo)體光催化材料，使得有效治理及控制水污染和大氣污染成為可能。

影響ZnO光催化性能的因素很多，主要包括本征缺陷的調(diào)控、表面形貌控制、其它材料復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中空心結(jié)構(gòu)對(duì)于提高氧化物的光催化性能有重要意義。

而傳統(tǒng)的氧化物納米顆粒制備方法不僅難以制備粒度分布均勻的顆粒，無(wú)法做到空心結(jié)構(gòu)，因此很難提高光催化材料的性能。

通過(guò)火焰噴霧法(flame spray pyrolysis，F(xiàn)SP)可以得到粒度分布均勻的氧化物納米顆粒，但是通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)最后得到的顆粒易產(chǎn)生團(tuán)聚，不宜在環(huán)境工程領(lǐng)域應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種ZnO空心納米顆粒的制備方法，大大提高了ZnO納米顆粒的光催化性能。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種ZnO空心納米顆粒的制備方法，按照以下步驟進(jìn)行：

步驟1，將Zn(CH₃COO)₂·2H₂O加入到去離子水中，攪拌，配置成水溶液；

步驟2，將配制好的水溶液通過(guò)霧化器產(chǎn)生霧化小液滴；

步驟3，霧化小液滴通過(guò)石英管后進(jìn)入氫氣氧氣混合火焰中充分燃燒，燃燒物沉積到收集石英管內(nèi)收集，即得ZnO空心納米顆粒。

進(jìn)一步的，所述步驟3中，收集石英管內(nèi)的管壁末端安裝水冷裝置。

進(jìn)一步的，所述步驟3中，水冷的冷卻速度為1.2m/s。

進(jìn)一步的，所述步驟1中，水溶液的濃度為0.05～0.5mol·L^-1。

進(jìn)一步的，所述步驟1中，攪拌時(shí)間為2～4h時(shí)，攪拌速率為100～500rpm。

進(jìn)一步的，所述步驟2中，霧化速率為0.05～0.5mL/min。

進(jìn)一步的，所述步驟3中，H₂：O₂的體積流量比為1～2，燃燒溫度在2500～3500K。

進(jìn)一步的，所述步驟3中，收集時(shí)間為2～4h。

本發(fā)明的有益效果：對(duì)傳統(tǒng)的FSP方法做以改進(jìn)，通過(guò)安置水冷裝置，并將傳統(tǒng)的燃燒氣體甲烷改為氫氣，氫氣替代甲烷可避免收集樣品中出現(xiàn)碳元素，得到粒徑均勻且空心的ZnO納米顆粒，能夠提高ZnO光催化材料的活性。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例制得的空心ZnO納米顆粒的XRD譜圖。

圖2a是本發(fā)明實(shí)施例制得的空心ZnO納米顆粒透射電鏡掃描模式照片，圖2b是本發(fā)明實(shí)施例制得的空心ZnO納米顆粒的電子衍射模式照片。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

ZnO空心納米顆粒的制備方法，具體按照以下步驟進(jìn)行：

步驟1，將Zn(CH₃COO)₂·2H₂O加入到去離子水中，室溫?cái)嚢?，配置成水溶液?/p>

步驟2，將配制好的水溶液通過(guò)霧化器產(chǎn)生霧化小液滴；

步驟3，霧化小液滴通過(guò)石英管后進(jìn)入氫氣氧氣混合火焰中充分燃燒，燃燒物沉積到收集石英管內(nèi)收集；該收集石英管的管壁位置安裝水冷裝置，收集沉積的樣品；

步驟4，通過(guò)對(duì)收集的樣品進(jìn)行X射線衍射(XRD)測(cè)試以及透射電鏡(TEM)分析，證實(shí)樣品為空心狀ZnO納米顆粒。

其中，步驟1中，所得水溶液的濃度為0.05～0.5mol·L^-1。

步驟1中，攪拌時(shí)間為2～4h時(shí)，攪拌速率為100～500rpm。

步驟2中，霧化速率為0.05～0.5mL/min。在該速率下產(chǎn)生的霧化小液滴大小在后續(xù)的燃燒、水冷過(guò)程中才能制得滿意的均勻顆?？招腪nO納米顆粒。

步驟3中，H₂：O₂的體積流量比為1～2(SCCM)，燃燒溫度通過(guò)氫氣和氧氣的比例來(lái)調(diào)節(jié)，范圍在2500～3500K。

步驟3中，收集時(shí)間為2～4h。

在步驟3中，選擇石英管可承受的溫度在1500K，因此獲得的樣品通過(guò)氣流后可以在管壁直接收集。

在步驟3中，水冷裝置安裝在石英管的管壁末端，冷卻速度為1.2m/s，沉積速度由霧化速度所確定，沒(méi)有加冷卻水的地方沉積的樣品為實(shí)心ZnO納米顆粒。

實(shí)施例1

步驟1，將Zn(CH₃COO)₂·2H₂O加入到去離子水中攪拌，攪拌時(shí)間為2h時(shí)，攪拌速率為500rpm，配置成水溶液，水溶液的濃度為0.05mol·L^-1；

步驟2，將配制好的水溶液通過(guò)霧化器產(chǎn)生霧化小液滴，霧化速率為0.05mL/min；

步驟3，霧化小液滴通過(guò)石英管后進(jìn)入氫氣氧氣混合火焰中充分燃燒，H₂：O₂的體積流量比為1～2，燃燒溫度在2500K，燃燒物沉積到收集石英管內(nèi)收集，收集石英管內(nèi)的管壁末端安裝水冷裝置，水冷的冷卻速度為1.2m/s，收集時(shí)間為2h，即得ZnO空心納米顆粒。

實(shí)施例2

步驟1，將Zn(CH₃COO)₂·2H₂O加入到去離子水中攪拌，攪拌時(shí)間為4h時(shí)，攪拌速率為100rpm，配置成水溶液，水溶液的濃度為0.5mol·L^-1；

步驟2，將配制好的水溶液通過(guò)霧化器產(chǎn)生霧化小液滴，霧化速率為0.5mL/min；

步驟3，霧化小液滴通過(guò)石英管后進(jìn)入氫氣氧氣混合火焰中充分燃燒，H₂：O₂的體積流量比為1～2，燃燒溫度在3500K，燃燒物沉積到收集石英管內(nèi)收集，收集石英管內(nèi)的管壁末端安裝水冷裝置，水冷的冷卻速度為1.2m/s，收集時(shí)間為4h，即得ZnO空心納米顆粒。

實(shí)施例3

步驟1，將Zn(CH₃COO)₂·2H₂O加入到去離子水中攪拌，攪拌時(shí)間為3h時(shí)，攪拌速率為300rpm，配置成水溶液，水溶液的濃度為0.2mol·L^-1；

步驟2，將配制好的水溶液通過(guò)霧化器產(chǎn)生霧化小液滴，霧化速率為0.2mL/min；

步驟3，霧化小液滴通過(guò)石英管后進(jìn)入氫氣氧氣混合火焰中充分燃燒，H₂：O₂的體積流量比為1～2，燃燒溫度在3000K，燃燒物沉積到收集石英管內(nèi)收集，收集石英管內(nèi)的管壁末端安裝水冷裝置，水冷的冷卻速度為1.2m/s，收集時(shí)間為3h，即得ZnO空心納米顆粒。

本發(fā)明所述的空心ZnO納米顆粒制備方法，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行TEM分析，如圖2a、圖2b所示，證實(shí)所得樣品為空心狀ZnO納米顆粒。與傳統(tǒng)的FSP方法相比，加入水冷裝置后不僅可以獲得空心狀ZnO納米顆粒，且獲得的空心ZnO納米顆粒光催化活性要比實(shí)心ZnO納米顆粒提高30％。本發(fā)明所述的空心納米顆粒制備方法操作簡(jiǎn)單，易于推廣。

采用實(shí)施例3的方法，制得的產(chǎn)品，從圖1中可以看出ZnO的不同徑向衍射峰，從中可以計(jì)算出ZnO的晶粒尺寸大小。本文制得的晶粒大小約為20nm，圖1中不同的徑向峰可計(jì)算，也可以從圖2a中直觀看出來(lái)，且可以看出，本文的產(chǎn)品不產(chǎn)生團(tuán)聚的效果。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。