一種花簇狀氧化鋅微米結(jié)構(gòu)光催化劑的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種利用水熱法合成花簇狀氧化鋅微米結(jié)構(gòu)光催化劑的制備方法。該方法是將可溶性金屬鋅鹽的水溶液與氨水混合，混合均勻后放入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中，在110~140°C下水熱反應(yīng)12~36h，自然冷卻后，產(chǎn)物洗滌、過(guò)濾、干燥即可獲得由微米棒組成的花簇狀氧化鋅光催化劑。微米棒的直徑為0.5～1.5μm，長(zhǎng)度為3～4μm。本方法具有原料易得、工藝簡(jiǎn)單、操作方便等特點(diǎn)，所得花簇狀氧化鋅結(jié)構(gòu)具有較好的光催化活性。
【專利說(shuō)明】一種花簇狀氧化鋅微米結(jié)構(gòu)光催化劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光催化、環(huán)境保護(hù)、無(wú)機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種花簇狀氧化鋅微米結(jié)構(gòu)光催化劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]有機(jī)廢水中常含有鹵代脂肪烴、鹵代芳烴、硝基芳烴、多環(huán)芳烴、酚類等多種有害成分，這些有害成分會(huì)對(duì)人類產(chǎn)生致癌、致突變、致畸等作用，嚴(yán)重威脅著人類健康。而且這些有害物質(zhì)中很多采用生物降解法無(wú)法降解，在水中自然降解過(guò)程緩慢，其危害性延滯較長(zhǎng)，一旦流入江、河、湖、海生態(tài)環(huán)境等將造成大面積的污染。因此廢水處理引起了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。
[0003]光催化氧化法是近幾十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)氧化技術(shù)，它是將特定光源(如紫外光UV)與催化劑(Zn0、Ti02、CdS等)聯(lián)合起來(lái)對(duì)有機(jī)廢水進(jìn)行降解處理的過(guò)程，與傳統(tǒng)水處理技術(shù)中污染物的分離、濃縮以及相轉(zhuǎn)移等為主的物理方法相比，具有明顯的節(jié)能、高效、污染物降解徹底等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)光催化反應(yīng)治理環(huán)境污染的應(yīng)用前景非常廣闊。
[0004]納米氧化鋅是高效半導(dǎo)體光催化劑的典型代表，其禁帶寬度為3.37eV，激子束縛能高達(dá)60meV。納米氧化鋅在紫外光照射下，受激產(chǎn)生電子_空穴對(duì)，高活性的空穴能分解催化劑表面吸附的水產(chǎn)生氫氧自由基，而電子能使其周圍的氧還原成活性離子氧，進(jìn)而將吸附在催化劑表面的有機(jī)污染物分解成無(wú)二次污染的產(chǎn)物(如C02、H2O),從而達(dá)到除污目的。此外，氧化鋅還具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性、無(wú)二次污染、無(wú)刺激性、安全無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)，是最具開(kāi)發(fā)前景的綠色環(huán)保催化劑之一。
[0005]目前，已有各種各樣的ZnO納微米結(jié)構(gòu)材料已經(jīng)被制備出來(lái)，如顆粒狀、棒狀、線狀、管狀、帶狀、梳狀、片狀等。氧化鋅的制備方法也比較多，但這些方法要么需要模板或催化劑，要么需要較高的反應(yīng)溫度和較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間，這樣不但增加了反應(yīng)成本而且使反應(yīng)工藝復(fù)雜化，同時(shí)也不方便對(duì)材料的尺寸及形貌的調(diào)控。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種制備工藝簡(jiǎn)單的花簇狀氧化鋅微米結(jié)構(gòu)光催化劑的合成方法。所述合成的花簇狀氧化鋅由微米棒組成，微米棒直徑為0.5~1.5 μ m，長(zhǎng)度為3~4Mm，該結(jié)構(gòu)具有較好光催化性能。
[0007]本發(fā)明的目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種花簇狀氧化鋅微米結(jié)構(gòu)光催化劑的制備方法:將金屬鋅鹽配制成摩爾濃度為
0.1~0.5mol/L的水溶液，加入0.5~1.0mol/L氨水,混合均勻后在110~140。C下水熱反應(yīng)12~36h，自然冷卻，產(chǎn)物洗滌、過(guò)濾、干燥即可獲得由微米棒組成的花簇狀氧化鋅光催化劑。所述水熱反應(yīng)在帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中進(jìn)行。
[0008]所述金屬鋅鹽為可溶性金屬鋅鹽硝酸鋅、硫酸鋅、鹽酸鋅或醋酸鋅。
[0009]所述金屬鋅鹽的摩 爾濃度為0.1~0.5mol/L。[0010]所述氨水濃度為0.5~1.0mol/L。
[0011]所述水熱反應(yīng)的溫度優(yōu)選120° C，反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選為24h。
[0012]本發(fā)明提供一種花簇狀氧化鋅微米結(jié)構(gòu)光催化劑制備方法的特點(diǎn)是:
(I)本發(fā)明采用水熱法，以常見(jiàn)可溶性金屬鋅鹽和氨水為原料制備花簇狀氧化鋅微米結(jié)構(gòu)光催化劑。本發(fā)明的制備過(guò)程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本較低，原料易得、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、操作方便，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0013](2)本發(fā)明所得花簇狀氧化鋅微米結(jié)構(gòu)光催化劑具有較高的光催化活性，在光催化處理有機(jī)廢水方面有較好的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1~3所得產(chǎn)物的X射線衍射(XRD )圖。
[0015]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1所得產(chǎn)物的掃描電鏡(SEM)圖。
[0016]圖3為本發(fā)明實(shí)施例2所得產(chǎn)物的掃描電鏡(SEM)圖。
[0017]圖4為本發(fā)明實(shí)施例3所得產(chǎn)物的掃描電鏡(SEM)圖。
[0018]圖5為本發(fā)明實(shí)施例1-3所制備的花簇狀氧化鋅微米結(jié)構(gòu)光催化降解羅丹明-B溶液的活性對(duì)比圖。其中，羅丹明-B溶液濃度:20mg/L ;紫外燈主波長(zhǎng)為254nm，功率為250W。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為了更好理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例表示的范圍。
[0020]實(shí)施例1
將0.5mol/L的醋酸鋅和1.0mol/L的氨水等體積混合均勻后,加入至50ml的聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜內(nèi)，將該容器密閉后放入130° C恒溫箱內(nèi)反應(yīng)24h，自然冷卻后，洗滌、干燥即花簇狀氧化鋅微米結(jié)構(gòu)。附圖1中曲線I為所得產(chǎn)物的X射線衍射圖，從圖1-1中可以看出，所得產(chǎn)物衍射峰均為氧化鋅的衍射峰，無(wú)多余雜相峰出現(xiàn)。圖2為所得產(chǎn)物的SEM圖，從圖2中可以看出，花簇狀氧化鋅是由微米棒堆積而成。微米棒的直徑約為0.5~1.0Mffl,長(zhǎng)度約為3~4Mm。本發(fā)明以氧化鋅在紫外燈下光催化降解羅丹明-B的降解率來(lái)評(píng)估氧化鋅的活性。附圖5中曲線I為所得氧化鋅微米結(jié)構(gòu)光催化降解羅丹明-B溶液的降解率圖，反應(yīng)時(shí)間為9h時(shí)，其降解率為89.7%。
[0021]實(shí)施例2
將0.3mol/L的醋酸鋅和0.7mol/L的氨水等體積混合均勻后,加入至50ml的聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜內(nèi)，將該容器密閉后放入120° C恒溫箱內(nèi)反應(yīng)24h，自然冷卻后，洗滌、干燥即花簇狀氧化鋅微米結(jié)構(gòu)。附圖1中曲線2為所得產(chǎn)物的X射線衍射圖，從圖1-2中可以看出，所得產(chǎn)物衍射峰均為氧化鋅的衍射峰，無(wú)多余雜相峰出現(xiàn)。圖3為所得產(chǎn)物的SEM圖，從圖3中可以看出，花簇狀氧化鋅是由微米棒堆積而成。微米棒的直徑約為0.5~1.長(zhǎng)度約為3~3.5Mm。本發(fā)明以氧化鋅在紫外燈下光催化降解羅丹明-B的降解率來(lái)評(píng)估氧化鋅的活性。附圖5中曲線2為所得氧化鋅微米結(jié)構(gòu)光催化降解羅丹明-B溶液的降解率圖，反應(yīng)時(shí)間為9h時(shí)，其降解率為96.4%。[0022]實(shí)施例3
將0.lmol/L的醋酸鋅和0.5mol/L的氨水等體積混合均勻后,加入至50ml的聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜內(nèi)，將該容器密閉后放入120° C恒溫箱內(nèi)反應(yīng)18h，自然冷卻后，洗滌、干燥即花簇狀氧化鋅微米結(jié)構(gòu)。附圖1中曲線3為所得產(chǎn)物的X射線衍射圖，從圖1-3中可以看出，所得產(chǎn)物衍射峰均為氧化鋅的衍射峰，無(wú)多余雜相峰出現(xiàn)。圖4為所得產(chǎn)物的SEM圖，從圖4中可以看出，花簇狀氧化鋅是由微米棒堆積而成。微米棒的直徑約為0.5?1.長(zhǎng)度約為3?4Mm。本發(fā)明以氧化鋅在紫外燈下光催化降解羅丹明B的降解率來(lái)評(píng)估氧化鋅的活性。附圖5中曲線3為所得氧化鋅微米結(jié)構(gòu)光催化降解羅丹明B溶液的降解率圖，反應(yīng)時(shí)間為9h時(shí)，其降解率為82.4%。
【權(quán)利要求】
1.一種花簇狀氧化鋅微米結(jié)構(gòu)光催化劑的制備方法，其特征在于:將金屬鋅鹽配制成摩爾濃度為0.1~0.5mol/L的水溶液，加入0.5~1.0mol/L氨水，混合均勻后在11(T140° C下水熱反應(yīng)12~36h，自然冷卻，產(chǎn)物洗滌、過(guò)濾、干燥即可獲得由微米棒組成的花簇狀氧化鋅光催化劑，微米棒的直徑為0.5~1.5 μ m，長(zhǎng)度為3~4Mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的花簇狀氧化鋅微米結(jié)構(gòu)光催化劑的制備方法，其特征在于，所述水熱反應(yīng)在帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的花簇狀氧化鋅微米結(jié)構(gòu)光催化劑的制備方法，其特征在于，所述金屬鋅鹽為可溶性金屬鋅鹽硝酸鋅、硫酸鋅、鹽酸鋅或醋酸鋅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的花簇狀氧化鋅微米結(jié)構(gòu)光催化劑的制備方法，其特征在于，所述金屬鋅鹽的摩爾濃度為0.1~0.5mol/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的花簇狀氧化鋅微米結(jié)構(gòu)光催化劑的制備方法，其特征在于，所述氨水濃度為0.5~1.0mol/L。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的花簇狀氧化鋅微米結(jié)構(gòu)光催化劑的制備方法，其特征在于，所述水熱反應(yīng)溫度為11 (Tl 30° C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的花簇狀氧化鋅微米結(jié)構(gòu)光催化劑的制備方法，其特征在于，所述水熱反應(yīng)時(shí)間 為18~24h。
【文檔編號(hào)】C02F1/30GK103894171SQ201210573923
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月26日
【發(fā)明者】李秀艷, 楊景海, 朱邦耀, 李雪飛, 王健 申請(qǐng)人:吉林師范大學(xué)