CN101352677A - 海泡石负载纳米氧化锌光催化材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纳米光催化剂领域，具体涉及一种海泡石负载纳米氧化锌光催化材料及其制备方法。本发明的一种海泡石负载纳米氧化锌光催化材料，由海泡石和氧化锌组成。该催化剂的制备方法，首先将盐酸活化后的海泡石，与乙酸锌在无水乙醇溶剂中混合均匀，然后将氢氧化物的无水乙醇溶液加入到上述混合溶液中，减压蒸馏，干燥，最后在50～500℃焙烧1小时以上，并研磨至小于100目，即得该产品。该催化剂在太阳光下及紫外光下对有机物的降解率较没有海泡石负载的氧化锌的降解率有很大提高，降解率均可达到50％～100％，克服了光催化材料必须为紫外光源的局限性。本发明方法简单，便于操作。

Description

海泡石负载纳米氧化锌光催化材料及其制备方法

技术领域：

本发明涉及一种光催化剂领域，具体涉及一种海泡石负载纳米氧化锌光催化材料及其制备方法。

背景技术：

ZnO是一种重要的半导体材料，其体相材料的禁带宽度为3.2eV，对应于波长为387nm的紫外光。作为一种重要的光催化剂，ZnO是极少数几个可以实现量子尺寸效应的半导体材料之一，近年来得到了广泛的研究。但是纯氧化锌存在光催化效率低、易凝聚、易失活和难回收以及重复利用率低等缺点，难以实现工业化应用。

光催化剂的固定技术是解决均相和悬浮相中催化剂的分离、回收的有效途径，也是利用催化剂的活性组分和载体的特殊功能设计最佳催化剂的理想形式。在催化剂固化技术的的探索中，国内外学者提出了多种固定化的方法，一些研究学者研究了多孔硅胶、玻璃、活性炭、沸石等为载体，通过化学键或物理粘结等方法。此外固定化可克服均相和悬浮相催化剂稳定性差，易于中毒的缺点。负载型催化剂的制备同样也是设计高效、多功能集成式反应器的基础，有利于提高催化剂活性及光源的利用率。目前为止对纳米ZnO的改性研究也很多。但主要是集中在将金属离子与纳米氧化锌的共掺杂的研究方向。这些方法虽然都有效的提高了光催化降解的效率，但由于制备的光催化剂粒径小，常以纳米级粒子悬浮在废水中，造成催化剂难回收、易失活性以及重复利用率低等不足。将ZnO负载在某些载体上是克服上述不足并取得较好的降解效率的一条有效途径。

海泡石为含水的镁硅酸盐，具有链状和层状纤维状的过渡型结构特征，属2∶1层链状粘土，海泡石的分子通式：Si₁₂O₃₀Mg₈(OH)₄(H₂O)₄·8H₂O。呈纤维状存在的海泡石，具有极大的潜在比表面积。因此，以其大的吸附能力、流变性能和催化性能而成为近代用途广泛、应用领域扩展较迅速的矿产之一。海泡石的特殊结构决定了它拥有包括贯穿整个结构的沸石水通道和孔洞以及大的表面积，它具有截面积为0.36nm×1.06nm的管状贯穿通道及高达900m²·g^-1的理论表面积。在通道和孔洞中可以吸附大量的水或极性物质，包括低极性物质。因此，海泡石具有很强的吸附能力。而且由于海泡石具有良好的机械和热稳定性、多孔性、强吸附性以及可处理改善的大比表面，使之具备做催化剂载体的良好条件。海泡石的一些表面性质(如表面酸性弱、镁离子易被其它离子取代等)，使其本身也可用作某些反应的催化剂。故海泡石不仅是一种很好的吸附剂，而且是一种良好的催化剂和催化剂载体。

发明内容：

本发明的目的是提供一种海泡石负载纳米氧化锌光催化材料及其制备方法，解决纯氧化锌存在光催化效率低、易凝聚、易失活和难回收以及重复利用率低等缺点。

本发明的目的是由以下技术方案实现的：

本发明的一种海泡石负载纳米氧化锌光催化材料，由海泡石和氧化锌组成，海泡石与氧化锌的质量比范围是1～6∶1。

本发明的一种海泡石负载纳米氧化锌光催化材料的制备方法具体有以下几个步骤：

步骤一：在20℃～100℃温度范围下，将1mol/L盐酸活化后的海泡石，与乙酸锌在无水乙醇溶剂中混合均匀，回流，搅拌至乙酸锌全部溶解，得到海泡石和乙酸锌的混合体系，其中盐酸与海泡石的体积比是10∶1，乙酸锌与无水乙醇的质量比为1∶30～1∶50，海泡石与乙酸锌质量比范围是3∶1～16∶1；

步骤二：在30℃～80℃范围内将氢氧化锂与无水乙醇质量比例为1∶120～1∶150的氢氧化物的无水乙醇溶液，加入到海泡石和乙酸锌的混合体系中搅拌20min～60min，乙酸锌与氢氧化锂反应生成纳米氧化锌，得到海泡石未完全负载的氧化锌溶胶。其中氢氧化锂和乙酸锌的摩尔数比范围是2∶1～0.8∶1。

步骤三：将所制得的海泡石未完全负载的氧化锌溶胶在20℃～60℃温度下，减压蒸馏，待变干后刮出，得到的海泡石负载氧化锌的凝胶。

步骤四：在50～500℃焙烧1小时以上，取出后研磨至小于100目，即得该产品。

有益效果：该方法利用海泡石其本身具有优良催化剂载体性质与ZnO发生相互作用，有利于电子、空穴分离，并增加反应物的吸附，提高ZnO的催化活性，而且克服了溶胶-凝胶法所使用的大量有机溶剂的问题。该催化剂不仅在紫外光源下有良好的催化性能，在可见光下也有非常好的催化作用，该催化剂在太阳光下及紫外光下对有机物的降解率较没有海泡石负载的氧化锌的降解率有很大提高，降解率均可达到50％～100％，克服了光催化材料必须为紫外光源的局限性。本发明方法简单，便于操作。

附图说明

图1为海泡石与海泡石负载纳米氧化锌的微观对比照片，其中图1-1为海泡石图1-2为海泡石负载纳米氧化锌；

图2为酸活化的海泡石负载不同ZnO量的XRD图，负载不同ZnO量a)：0(b)：30％(c)：50％；(d)：60％；(e)：70％；(f)80％；(g)90％；(h)纳米氧化锌；

图3为海泡石的EDS X-射线能谱分析；

图4为70％ZnO/海泡石的EDS X-射线能谱分析

具体实施方式：

实施例1：

步骤一：将酸活化后的海泡石与1.10g乙酸锌称重后在50ml无水乙醇溶剂中混合均匀，海泡石与乙酸锌质量比为(1∶2、1∶3、2∶9)，80℃磁力搅拌水浴回流至乙酸锌全部溶解；

步骤二：水浴温度保持在50℃下，将含有0.29g氢氧化锂的50ml无水乙醇，超声溶解，加入到海泡石和乙酸锌的混合体系中。50℃下磁力搅拌40min后，得到海泡石未完全负载的氧化锌溶胶。

步骤三：将所制得的得到海泡石未完全负载的氧化锌溶胶在40℃水浴中用旋转蒸发仪进行减压蒸馏25分钟，待变干后刮出，得到海泡石负载氧化锌的凝胶。

步骤四：再置于马弗炉中在200℃下焙烧2小时，取出后研磨至小于100目，即获得海泡石负载纳米氧化锌光催化材料。

对获得的光催化材料在15W紫外灯光照下进行光催化降解浓度为0.2g/L活性艳蓝XB-R，催化剂加入量为0.2g/L，常温下磁力搅拌每隔20分钟检测活性艳兰的脱色率，结果见表一。

表一光催化剂在紫外光源催化下性能

样品编号	海泡石与乙酸锌质量比	20min脱色率％	40min脱色率％	60min脱色率％	120min脱色率％
						1#	1∶2	66.14	77.85	84.50	91.51
2#	1∶3	72.83	79.19	82.01	91.65
						3#	2∶9	88	91.35	95.79	98.74

实施例2：

步骤一：将酸活化后的海泡石与1.10g乙酸锌称重后在50ml无水乙醇溶剂中混合均匀，海泡石与乙酸锌质量比为(1∶2、1∶3、2∶9)，80℃磁力搅拌水浴回流至乙酸锌全部溶解；

步骤二：再将水浴温度保持在50℃将含有0.29g纯氢氧化锂的50ml无水乙醇，超声溶解，加入到海泡石和乙酸锌的混合体系中。50℃下磁力搅拌40min后，得到海泡石未完全负载的氧化锌溶胶。

步骤三：将所制得的溶胶在40℃水浴中用旋转蒸发仪进行减压蒸馏25分钟，待变干后刮出，得到的海泡石负载氧化锌的凝胶。

步骤四：再置于马弗炉中在200℃下焙烧2小时，取出后研磨至小于100目，即获得海泡石负载纳米氧化锌光催化材料。

步骤五：将所得的光催化剂材料放置可见光下进行光催化降解浓度为0.2g/L活性艳蓝XB-R，催化剂加入量为0.2g/L，常温下磁力搅拌每隔20分钟检测活性艳兰的脱色率，结果见表二。

表二光催化剂在可见光源催化下性能

样品编号	海泡石与乙酸锌质量比	20min脱色率％	40min脱色率％	60min脱色率％	120min脱色率％
						4#	1∶2	71.12	79.46	85.05	91.01
5#	1∶3	70.23	84.01	91.99	95.90
						6#	2∶9	79.27	95.92	97.52	98.83

Claims (2)

1.一种海泡石负载纳米氧化锌光催化材料，其特征在于：由海泡石和氧化锌组成，海泡石与氧化锌的质量比范围是1～6∶1。

2一种海泡石负载纳米氧化锌光催化材料的制备方法，其特征在于：具体制备步骤如下：

步骤一：在20℃～100℃温度范围下，将1mol/L盐酸活化后的海泡石，与乙酸锌在无水乙醇溶剂中混合均匀，回流，搅拌至乙酸锌全部溶解，得到海泡石和乙酸锌的混合体系，其中盐酸与海泡石的体积比是10∶1，乙酸锌与无水乙醇的质量比为1∶30～1∶50，海泡石与乙酸锌质量比范围是3∶1～16∶1；

步骤二：在30℃～80℃范围内将氢氧化物与无水乙醇质量比例为1∶120～1∶150的氢氧化物的无水乙醇溶液，加入到海泡石和乙酸锌的混合体系中搅拌20min～60min，乙酸锌与氢氧化物反应生成纳米氧化锌，得到海泡石未完全负载的氧化锌溶胶；其中氢氧化物和乙酸锌的摩尔数比范围是2∶1～0.8∶1；

步骤三：将所制得的海泡石未完全负载的氧化锌溶胶在20℃～60℃温度下，减压蒸馏，待变干后刮出，得到的海泡石负载氧化锌的凝胶；

步骤四：在50～500℃焙烧1小时以上，取出后研磨至小于100目，即得该产品。

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