CN103894171A

CN103894171A - 一种花簇状氧化锌微米结构光催化剂的制备方法

Info

Publication number: CN103894171A
Application number: CN201210573923.7A
Authority: CN
Inventors: 李秀艳; 杨景海; 朱邦耀; 李雪飞; 王健
Original assignee: Jilin Normal University
Current assignee: Jilin Normal University
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2014-07-02

Abstract

本发明公开了一种利用水热法合成花簇状氧化锌微米结构光催化剂的制备方法。该方法是将可溶性金属锌盐的水溶液与氨水混合，混合均匀后放入带有聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在110~140°C下水热反应12~36h，自然冷却后，产物洗涤、过滤、干燥即可获得由微米棒组成的花簇状氧化锌光催化剂。微米棒的直径为0.5～1.5μm，长度为3～4μm。本方法具有原料易得、工艺简单、操作方便等特点，所得花簇状氧化锌结构具有较好的光催化活性。

Description

一种花簇状氧化锌微米结构光催化剂的制备方法

技术领域

本发明属于光催化、环境保护、无机技术领域，具体涉及一种花簇状氧化锌微米结构光催化剂的制备方法。

背景技术

有机废水中常含有卤代脂肪烃、卤代芳烃、硝基芳烃、多环芳烃、酚类等多种有害成分，这些有害成分会对人类产生致癌、致突变、致畸等作用，严重威胁着人类健康。而且这些有害物质中很多采用生物降解法无法降解，在水中自然降解过程缓慢，其危害性延滞较长，一旦流入江、河、湖、海生态环境等将造成大面积的污染。因此废水处理引起了人们越来越多的关注。

光催化氧化法是近几十年来发展起来的一种先进氧化技术，它是将特定光源（如紫外光UV）与催化剂（ZnO、TiO₂、CdS等）联合起来对有机废水进行降解处理的过程，与传统水处理技术中污染物的分离、浓缩以及相转移等为主的物理方法相比，具有明显的节能、高效、污染物降解彻底等优点。通过光催化反应治理环境污染的应用前景非常广阔。

纳米氧化锌是高效半导体光催化剂的典型代表，其禁带宽度为3.37eV，激子束缚能高达60meV。纳米氧化锌在紫外光照射下，受激产生电子-空穴对，高活性的空穴能分解催化剂表面吸附的水产生氢氧自由基，而电子能使其周围的氧还原成活性离子氧，进而将吸附在催化剂表面的有机污染物分解成无二次污染的产物（如CO₂、H₂O），从而达到除污目的。此外，氧化锌还具有良好的化学稳定性和热稳定性、无二次污染、无刺激性、安全无毒等优点，是最具开发前景的绿色环保催化剂之一。

目前，已有各种各样的ZnO纳微米结构材料已经被制备出来，如颗粒状、棒状、线状、管状、带状、梳状、片状等。氧化锌的制备方法也比较多，但这些方法要么需要模板或催化剂，要么需要较高的反应温度和较长的反应时间，这样不但增加了反应成本而且使反应工艺复杂化，同时也不方便对材料的尺寸及形貌的调控。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备工艺简单的花簇状氧化锌微米结构光催化剂的合成方法。所述合成的花簇状氧化锌由微米棒组成，微米棒直径为0.5～1.5μm，长度为3～4μm，该结构具有较好光催化性能。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种花簇状氧化锌微米结构光催化剂的制备方法：将金属锌盐配制成摩尔浓度为0.1～0.5mol/L的水溶液，加入0.5～1.0mol/L氨水，混合均匀后在110~140°C下水热反应12~36h，自然冷却，产物洗涤、过滤、干燥即可获得由微米棒组成的花簇状氧化锌光催化剂。所述水热反应在带有聚四氟乙烯内衬的高压釜中进行。

所述金属锌盐为可溶性金属锌盐硝酸锌、硫酸锌、盐酸锌或醋酸锌。

所述金属锌盐的摩尔浓度为0.1～0.5mol/L。

所述氨水浓度为0.5～1.0mol/L。

所述水热反应的温度优选120°C ，反应时间优选为24h。

本发明提供一种花簇状氧化锌微米结构光催化剂制备方法的特点是：

（1）本发明采用水热法，以常见可溶性金属锌盐和氨水为原料制备花簇状氧化锌微米结构光催化剂。本发明的制备过程简单，生产成本较低，原料易得、生产工艺简单、操作方便，易于工业化生产。

（2）本发明所得花簇状氧化锌微米结构光催化剂具有较高的光催化活性，在光催化处理有机废水方面有较好的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例1～3所得产物的X射线衍射（XRD）图。

图2为本发明实施例1所得产物的扫描电镜（SEM）图。

图3为本发明实施例2所得产物的扫描电镜（SEM）图。

图4为本发明实施例3所得产物的扫描电镜（SEM）图。

图5 为本发明实施例1~3所制备的花簇状氧化锌微米结构光催化降解罗丹明-B溶液的活性对比图。其中，罗丹明-B溶液浓度：20mg/L；紫外灯主波长为254nm，功率为250W。

具体实施方式

为了更好理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。

实施例1

将0.5mol/L的醋酸锌和1.0mol/L的氨水等体积混合均匀后，加入至50ml的聚四氟乙烯内衬的高压釜内，将该容器密闭后放入130°C恒温箱内反应24h，自然冷却后，洗涤、干燥即花簇状氧化锌微米结构。附图1中曲线1为所得产物的X射线衍射图，从图1-1中可以看出，所得产物衍射峰均为氧化锌的衍射峰，无多余杂相峰出现。图2为所得产物的SEM图，从图2中可以看出，花簇状氧化锌是由微米棒堆积而成。微米棒的直径约为0.5～1.0μm，长度约为3～4μm。本发明以氧化锌在紫外灯下光催化降解罗丹明-B的降解率来评估氧化锌的活性。附图5中曲线1为所得氧化锌微米结构光催化降解罗丹明-B溶液的降解率图，反应时间为9h时，其降解率为89.7%。

实施例2

将0.3mol/L的醋酸锌和0.7mol/L的氨水等体积混合均匀后，加入至50ml的聚四氟乙烯内衬的高压釜内，将该容器密闭后放入120°C恒温箱内反应24h，自然冷却后，洗涤、干燥即花簇状氧化锌微米结构。附图1中曲线2为所得产物的X射线衍射图，从图1-2中可以看出，所得产物衍射峰均为氧化锌的衍射峰，无多余杂相峰出现。图3为所得产物的SEM图，从图3中可以看出，花簇状氧化锌是由微米棒堆积而成。微米棒的直径约为0.5～1.5μm，长度约为3～3.5μm。本发明以氧化锌在紫外灯下光催化降解罗丹明-B的降解率来评估氧化锌的活性。附图5中曲线2为所得氧化锌微米结构光催化降解罗丹明-B溶液的降解率图，反应时间为9h时，其降解率为96.4%。

实施例3

将0.1mol/L的醋酸锌和0.5mol/L的氨水等体积混合均匀后，加入至50ml的聚四氟乙烯内衬的高压釜内，将该容器密闭后放入120°C恒温箱内反应18h，自然冷却后，洗涤、干燥即花簇状氧化锌微米结构。附图1中曲线3为所得产物的X射线衍射图，从图1-3中可以看出，所得产物衍射峰均为氧化锌的衍射峰，无多余杂相峰出现。图4为所得产物的SEM图，从图4中可以看出，花簇状氧化锌是由微米棒堆积而成。微米棒的直径约为0.5～1.5μm，长度约为3～4μm。本发明以氧化锌在紫外灯下光催化降解罗丹明B的降解率来评估氧化锌的活性。附图5中曲线3为所得氧化锌微米结构光催化降解罗丹明B溶液的降解率图，反应时间为9h时，其降解率为82.4%。

Claims

1.一种花簇状氧化锌微米结构光催化剂的制备方法，其特征在于：将金属锌盐配制成摩尔浓度为0.1～0.5mol/L的水溶液，加入0.5～1.0mol/L氨水，混合均匀后在110~140°C下水热反应12~36h，自然冷却，产物洗涤、过滤、干燥即可获得由微米棒组成的花簇状氧化锌光催化剂，微米棒的直径为0.5～1.5μm，长度为3～4μm。

2.根据权利要求1所述的花簇状氧化锌微米结构光催化剂的制备方法，其特征在于，所述水热反应在带有聚四氟乙烯内衬的高压釜中进行。

3.根据权利要求1所述的花簇状氧化锌微米结构光催化剂的制备方法，其特征在于，所述金属锌盐为可溶性金属锌盐硝酸锌、硫酸锌、盐酸锌或醋酸锌。

4.根据权利要求1所述的花簇状氧化锌微米结构光催化剂的制备方法，其特征在于，所述金属锌盐的摩尔浓度为0.1～0.5mol/L。

5.根据权利要求1所述的花簇状氧化锌微米结构光催化剂的制备方法，其特征在于，所述氨水浓度为0.5～1.0mol/L。

6.根据权利要求1所述的花簇状氧化锌微米结构光催化剂的制备方法，其特征在于，所述水热反应温度为110~130°C。

7.根据权利要求1所述的花簇状氧化锌微米结构光催化剂的制备方法，其特征在于，所述水热反应时间为18~24h。