CN103977806B - 一种光催化降解材料Co掺杂纳米ZnO及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光催化降解材料Co掺杂纳米ZnO及其制备方法。该方法以Zn(NO₃)₂和Co(NO₃)₂为原料，制备步骤如下：1)将Zn(NO₃)₂和Co(NO₃)₂溶于甲醇中，在60～80℃下回流10～14h；2)将(1)中得到的沉淀先后用去离子水和无水乙醇各洗涤三次；3)将洗涤后的产物在40～60℃下干燥3～6h，得到光催化降解材料Co掺杂纳米ZnO，其化学式为Zn_1-xCo_xO，其中x＝0.02，0.04，0.06。本发明制备的纳米Zn_1-xCo_xO能够较好的光催化降解甲基橙，其最大降解率可达98.6％。

Description

一种光催化降解材料Co掺杂纳米ZnO及其制备方法

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及的是一种光催化降解材料Co掺杂纳米ZnO及其制备方法。

背景技术

人类进入现代社会以来，随着经济的快速增长以及工业化大生产的助推，使人类的生活发生了翻天覆地的变化。但是于此同时也给人类赖以生存的环境造成了巨大的威胁与危害，特别是工业废水的大量增加使水体污染问题十分严重，对环境造成了严重的危害。目前，各国政府已经充分意识到水污染问题的严重性，因此对该领域的研究与技术开发备受关注。

近年来随着研究的深入，人们发现光催化及其相关技术在环境污染治理技术、太阳能转换等诸多方面都显示出诱人的应用前景。且光催化氧化技术是一种全新的“绿色技术”，以其能耗低、操作简单、反应条件温和、氧化性强、成本低、无二次污染等特点，在环境治理方面日益受到人们的普遍重视，并成为各国产业界和学术界研究的热点。

ZnO是宽禁带直接带隙半导体材料，室温下带隙约为3.3eV，作为一种新型的光催化材料，ZnO具有无毒害，环境友好，生物相容，易于制备等优点。在光的照射下，ZnO激发后产生的电子-空穴对具有氧化、还原的能力，使有机物发生氧化还原反应后逐步被降解，最终被完全氧化成对环境友好的CO₂、H₂O和无毒的无机小分子。

Co是过渡族金属元素，并且Co离子与Zn离子有着相近的离子半径容易进行掺杂。对ZnO进行Co掺杂不仅可以调节带隙宽度还可以引入相应的杂质能级，从而改变ZnO的光催化性能。目前人们大多集中于对Co掺杂ZnO的磁性、发光性能的研究，而对其的光催化降解研究及应用还鲜有涉及。如CN201110384810公开了一种基于Co掺杂ZnO的红光材料的制备方法及应用，研究其发光性能。CN103400676A公开了高掺杂ZnO:Co磁性半导体薄膜材料及其制备方法，研究其磁性能。本发明，利用Co掺杂ZnO作为光催化降解材料还未见报道。将这一新型材料应用于水污染处理，为治理水污染提供了一种新思路。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种光催化降解材料Co掺杂纳米ZnO及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种光催化降解材料Co掺杂纳米ZnO的制备方法，其步骤如下：

(1)将Zn(NO₃)₂和Co(NO₃)₂溶于50～150ml甲醇中，在60～80℃下回流10～14h；其中，Zn/Co的摩尔比为0.98～0.94/0.02～0.06；

(2)将(1)中得到的沉淀先后用去离子水和无水乙醇各洗涤三次；

(3)将洗涤后的产物在40～60℃下干燥3～6h，得到光催化降解材料Co掺杂纳米ZnO。

所述的Zn/Co的摩尔比为0.98/0.02。

所述的Zn/Co的摩尔比为0.96/0.04。

所述的Zn/Co的摩尔比为0.94/0.06。

所述的制备方法制得的光催化降解材料Co掺杂纳米ZnO。

所述的光催化降解材料Co掺杂纳米ZnO的化学式为Zn_1-xCo_xO，其中x＝0.02，0.04，0.06。

本发明制备的纳米Zn_1-xCo_xO能够较好的光催化降解甲基橙，其最大降解率可达98.6％。

附图说明

图1为本发明实施例提供的Co掺杂纳米ZnO的制备流程图；

图2为本发明实施例提供的Co掺杂纳米ZnO的XRD图；

图3为本发明实施例提供的Co掺杂纳米ZnO的TEM图；

图4为本发明实施例1提供的Zn_0.98Co_0.02O光催化降解甲基橙的效果图；

图5为本发明实施例2提供的Zn_0.96Co_0.04O光催化降解甲基橙的效果图；

图6为本发明实施例3提供的Zn_0.94Co_0.06O光催化降解甲基橙的效果图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

实施例1

将Zn(NO₃)₂和Co(NO₃)₂溶于100ml甲醇中，其中，Zn/Co的摩尔比为0.98/0.02，在70℃下回流12h；将得到的沉淀先后用去离子水和无水乙醇各洗涤三次；最后将洗涤后的产物在50℃下干燥5h，得到光催化降解材料Zn_0.98Co_0.02O。

(1)材料配制

根据要求制备Zn_0.98Co_0.02O，可通过产品化学式Zn_0.98Co_0.02O得到原料Zn(NO₃)₂和Co(NO₃)₂的质量。

(2)产品生成

将Zn(NO₃)₂和Co(NO₃)₂溶于100ml甲醇中，在70℃下回流12h。得到的沉淀先后用去离子水和无水乙醇各洗涤三次。将洗涤后的产物在50℃下干燥5h，得到光催化降解材料Zn_0.98Co_0.02O。

(3)产品性能检验

称取0.015g的Zn_0.98Co_0.02O放入50ml的试管内，然后加入配好的甲基橙溶液(20ml/L)，避光超声30min，再放置于300W的汞灯下，每15min取样，用UV725型可见分光光度计于甲基橙最大吸收波长465nm处测其吸光度。

甲基橙溶液的降解率D按如下公式计算：

$D=\frac{A_0-A_t}{A_0}$

A₀：初始吸光度；A_t：在时间为t时的吸光度。

利用X射线衍射仪对所得样品进行物相结构分析；利用透射电子显微镜对样品的形貌结构进行分析。

图2为纳米Zn_0.98Co_0.02O的XRD图。从图2可以看出，得到的产品为Zn_0.98Co_0.02O，没有其它杂质存在。

图3为纳米Zn_0.98Co_0.02O的TEM图。从图3可以看出，纳米颗粒分布均匀，粒径大小为30nm左右。

图4为纳米Zn_0.98Co_0.02O光催化降解甲基橙效果图。从图4可知，投加纳米Zn_0.98Co_0.02O后，甲基橙的最大去除率可达98.1％。

实施例2

将Zn(NO₃)₂和Co(NO₃)₂溶于100ml甲醇中，其中，Zn/Co的摩尔比为0.96/0.04，在70℃下回流12h；将得到的沉淀先后用去离子水和无水乙醇各洗涤三次；最后将洗涤后的产物在50℃下干燥5h，得到光催化降解材料Zn_0.96Co_0.04O。

(1)材料配制

根据要求制备Zn_0.96Co_0.04O，可通过产品化学式Zn_0.96Co_0.04O得到原料Zn(NO₃)₂和Co(NO₃)₂的质量。

(2)产品生成

将Zn(NO₃)₂和Co(NO₃)₂溶于100ml甲醇中，在70℃下回流12h。得到的沉淀先后用去离子水和无水乙醇各洗涤三次。将洗涤后的产物在50℃下干燥5h，得到光催化降解材料Zn_0.96Co_0.04O。

(3)产品性能检验

称取0.015g的Zn_0.96Co_0.04O放入50ml的试管内，然后加入配好的甲基橙溶液(20ml/L)，避光超声30min，再放置于300W的汞灯下，每15min取样，用UV725型可见分光光度计于甲基橙最大吸收波长465nm处测其吸光度。

图5为纳米Zn_0.96Co_0.04O光催化降解甲基橙效果图。从图5可知，投加纳米Zn_0.96Co_0.04O后，甲基橙的最大去除率可达98.6％。

实施例3

将Zn(NO₃)₂和Co(NO₃)₂溶于100ml甲醇中，其中，Zn/Co的摩尔比为0.94/0.06，在70℃下回流12h；将得到的沉淀先后用去离子水和无水乙醇各洗涤三次；最后将洗涤后的产物在50℃下干燥5h，得到光催化降解材料Zn_0.94Co_0.06O。

(1)材料配制

根据要求制备Zn_0.94Co_0.06O，可通过产品化学式Zn_0.94Co_0.06O得到原料Zn(NO₃)₂和Co(NO₃)₂的质量。

(2)产品生成

将Zn(NO₃)₂和Co(NO₃)₂溶于100ml甲醇中，在70℃下回流12h。得到的沉淀先后用去离子水和无水乙醇各洗涤三次。将洗涤后的产物在50℃下干燥5h，得到光催化降解材料Zn_0.94Co_0.06O。

(3)产品性能检验

称取0.015g的Zn_0.94Co_0.06O放入50ml的试管内，然后加入配好的甲基橙溶液(20ml/L)，避光超声30min，再放置于300W的汞灯下，每15min取样，用UV725型可见分光光度计于甲基橙最大吸收波长465nm处测其吸光度。

图6为纳米Zn_0.94Co_0.06O光催化降解甲基橙效果图。从图6可知，投加纳米Zn_0.94Co_0.06O后，甲基橙的最大去除率可达98.3％。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种光催化降解材料Co掺杂纳米ZnO的制备方法，其特征是，其步骤如下：

(1)将Zn(NO₃)₂和Co(NO₃)₂溶于50～150ml甲醇中，在60～80℃下回流10～14h；其中，Zn/Co的摩尔比为0.98～0.94/0.02～0.06；

(2)将(1)中得到的沉淀先后用去离子水和无水乙醇各洗涤三次；

(3)将洗涤后的产物在40～60℃下干燥3～6h，得到光催化降解材料Co掺杂纳米ZnO。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，Zn/Co的摩尔比为0.98/0.02。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，Zn/Co的摩尔比为0.96/0.04。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，Zn/Co的摩尔比为0.94/0.06。

5.根据权利要求1～4任一项所述的制备方法制得的光催化降解材料Co掺杂纳米ZnO。

6.根据权利要求5所述的光催化降解材料Co掺杂纳米ZnO，其特征是，其化学式为Zn_1-xCo_xO，其中x＝0.02，0.04，0.06。