CN104826621A - 一种具有介孔结构的氧化锌光催化剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有介孔结构的氧化锌光催化剂的制备方法，通过将100质量份Zn无机盐前驱体完全溶于去离子水中，加入质量百分含量为15～35质量份模板剂和10～25质量份螯合剂，均匀混合后形成悬浮液；将悬浮液移入带有聚四氟乙烯内衬的晶化反应釜中，在150～220℃条件下反应6～24h，待反应结束冷却至室温，将反应产物离心分离出沉淀，洗涤、抽滤，得到的样品在100～120℃烘箱内干燥12～24h，获得粉体，升温速率控制在1～5℃/min，升温至450～650℃的温度下马弗炉焙烧3～5h，获得具有介孔结构的氧化锌光催化剂。本发明制备方法简单易操作，并且所得氧化锌光催化剂去甲醛率高。

Description

一种具有介孔结构的氧化锌光催化剂的制备方法
技术领域
本发明属于环境污染治理技术领域，尤其涉及一种具有介孔结构的氧化锌光催化剂的制备方法。
背景技术
环境污染是当前影响人类生存和发展的重大问题之一，光催化技术催化活性和稳定性能高，环境友好，无二次污染，在环境污染控制和处理领域作用显著。氧化锌作为一种重要的宽禁带半导体材料，具有3.37eV能带宽度和60meV的较大电子激发能，可在紫外光照射下降解有毒有害有机物质；作为重要的半导体光催化剂，有较高的光催化活性。氧化锌较二氧化钛具有更高的光催化活性，并可能成为二氧化钛的替代物，因为这两种物质具有相同的光催化机理，在光激发下，电子从价带跃迁到导带位置，以此，在导带形成光生电子，在价带形成光生空穴。利用光生电子～空穴对的还原氧化性能，从而达到降解周围环境中的有机污染物。
介孔氧化锌除了具有普通氧化锌材料优点外，还具有比表面积较大，孔径分布较窄，孔径可在2～50nm范围内连续调节等特性，有利于提高催化活性。因此，制备介孔结构的氧化锌光催化剂，将大大提高有机污染物的降解效率。
但是，目前介孔氧化锌制备中存在的缺点主要包括：(1)由于锌的金属性较强，锌离子易水解生成氢氧化锌，不易形成溶胶，与有机相作用较弱，难以形成介观相；(2)模板剂脱除不理想，易引起孔结构坍塌而破坏；(3)介孔氧化锌骨架晶型较差；(4)锌源分散不均匀，孔道易堵塞，比表面积较小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有介孔结构的氧化锌光催化剂的制备方法，旨在解决现有制备方法得到的介孔氧化锌锌离子易水解生成氢氧化锌、孔结构易坍塌破坏、锌源分散不均匀、孔道易堵塞等问题。
本发明是这样实现的，一种具有介孔结构的氧化锌光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将100份Zn无机盐前驱体完全溶解于去离子水中，再加入15～35份模板剂和10～25份螯合剂，混合均匀，得到悬浮液；
(2)将步骤(1)得到的悬浮液置于带有聚四氟乙烯内衬的晶化反应釜中，在150～220℃温度条件下反应6～24h，反应结束后将反应釜冷却至室温，将反应产物离心分离出沉淀，洗涤、抽滤，得到的样品；
(3)将步骤(2)得到的样品在100～120℃温度下干燥12～24h，将干燥得到的粉体置于马弗炉中，以1～5℃/min升温速率升温至450～650℃后，焙烧3～5h，获得具有介孔结构的氧化锌光催化剂。
优选地，在步骤(1)中，所用Zn无机盐前驱体为硝酸锌、醋酸锌和草酸锌中的一种。
优选地，在步骤(1)中，所用模板剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠和乙二胺四乙酸中的一种。
优选地，所用螯合剂为柠檬酸、柠檬酸钠、酒石酸和苹果酸中的一种或两种。
优选地，在步骤(2)中，所述洗涤为用去离子水和无水乙醇分别清洗次数为5～10次。
相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：本发明制备方法更简单，制备得到的氧化锌光催化剂的去甲醛效率更高。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
称取14.6g Zn(NO3)2·6H2O溶于100mL去离子水中，磁力搅拌使其完全溶解，加入2.2g十六烷基三甲基溴化铵和1.5g柠檬酸使其与原料均匀混合，形成悬浮液；将悬浮液移入带有聚四氟乙烯内衬的晶化反应釜中，在150℃条件下反应8h，待反应结束后，将反应釜冷却至室温，将反应产物离心分离出沉淀，用去离子水和无水乙醇分别清洗6次，抽滤，得到的样品在110℃烘箱内干燥12h，获得粉体，再在450℃的温度下马弗炉焙烧3h，升温速率为1℃/min，获得具有介孔结构的氧化锌光催化剂，研磨，压片，再研磨过筛，得20～40目颗粒，进行甲醛光催化反应性能评价，测得甲醛去除率为90.5％。
实施例2
称取11.1g Zn(CH3COO)2·2H2O溶于100mL去离子水中，磁力搅拌使其完全溶解，加入3.9g十二烷基苯磺酸钠和2.8g酒石酸使其与原料均匀混合，形成悬浮液；将悬浮液移入带有聚四氟乙烯内衬的晶化反应釜中，在200℃条件下反应12h，待反应结束后，将反应釜冷却至室温，将反应产物离心分离出沉淀，用去离子水和无水乙醇分别清洗8次，抽滤，得到的样品在110℃烘箱内干燥12h，获得粉体，再在500℃的温度下马弗炉焙烧3h，升温速率为3℃/min，获得具有介孔结构的氧化锌光催化剂，研磨，压片，再研磨过筛，得20～40目颗粒，进行甲醛光催化反应性能评价，测得甲醛去除率为85.3％。
实施例3
称取18.9g ZnC2O4·2H2O溶于100mL去离子水中，磁力搅拌使其完全溶解，加入4.7g乙二胺四乙酸和2.8g苹果酸使其与原料均匀混合，形成悬浮液；将悬浮液移入带有聚四氟乙烯内衬的晶化反应釜中，在180℃条件下反应12h，待反应结束后，将反应釜冷却至室温，将反应产物离心分离出沉淀，用去离子水和无水乙醇分别清洗6次，抽滤，得到的样品在120℃烘箱内干燥18h，获得粉体，再在550℃的温度下马弗炉焙烧3h，升温速率为5℃/min，获得具有介孔结构的氧化锌光催化剂，研磨，压片，再研磨过筛，得20～40目颗粒，进行甲醛光催化反应性能评价，测得甲醛去除率为89.6％。
实施例4
称取14.6g Zn(NO3)2·6H2O溶于100mL去离子水中，磁力搅拌使其完全溶解，加入2.9g乙二胺四乙酸和2.2g柠檬酸使其与原料均匀混合，形成悬浮液；将悬浮液移入带有聚四氟乙烯内衬的晶化反应釜中，在160℃条件下反应6h，待反应结束后，将反应釜冷却至室温，将反应产物离心分离出沉淀，用去离子水和无水乙醇分别清洗6次，抽滤，得到的样品在110℃烘箱内干燥12h，获得粉体，再在450℃的温度下马弗炉焙烧3h，升温速率为1℃/min，获得具有介孔结构的氧化锌光催化剂，研磨，压片，再研磨过筛，得20～40目颗粒，进行甲醛光催化反应性能评价，测得甲醛去除率为93.7％。
实施例5
称取11.1g Zn(CH3COO)2·2H2O溶于100mL去离子水中，磁力搅拌使其完全溶解，加入3.9g十六烷基三甲基溴化铵，1.5g柠檬酸和1.3g柠檬酸钠使其与原料均匀混合，形成悬浮液；将悬浮液移入带有聚四氟乙烯内衬的晶化反应釜中，在220℃条件下反应24h，待反应结束后，将反应釜冷却至室温，将反应产物离心分离出沉淀，用去离子水和无水乙醇分别清洗10次，抽滤，得到的样品在120℃烘箱内干燥24h，获得粉体，再在500℃的温度下马弗炉焙烧3h，升温速率为1℃/min，获得具有介孔结构的氧化锌光催化剂，研磨，压片，再研磨过筛，得20～40目颗粒，进行甲醛光催化反应性能评价，测得甲醛去除率为96.3％。
实施例6
称取18.9g ZnC2O4·2H2O溶于100mL去离子水中，磁力搅拌使其完全溶解，加入4.8g十六烷基三甲基溴化铵，2.5g柠檬酸和2.3g柠檬酸钠使其与原料均匀混合，形成悬浮液；将悬浮液移入带有聚四氟乙烯内衬的晶化反应釜中，在200℃条件下反应12h，待反应结束后，将反应釜冷却至室温，将反应产物离心分离出沉淀，用去离子水和无水乙醇分别清洗6次，抽滤，得到的样品在110℃烘箱内干燥10h，获得粉体，再在550℃的温度下马弗炉焙烧3h，升温速率为4℃/min，获得具有介孔结构的氧化锌光催化剂，研磨，压片，再研磨过筛，得20～40目颗粒，进行甲醛光催化反应性能评价，测得甲醛去除率为91.6％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种具有介孔结构的氧化锌光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将100份Zn无机盐前驱体完全溶解于去离子水中，再加入15～35份模板剂和10～25份螯合剂，混合均匀，得到悬浮液；
(2)将步骤(1)得到的悬浮液置于带有聚四氟乙烯内衬的晶化反应釜中，在150～220℃温度条件下反应6～24h，反应结束后将反应釜冷却至室温，将反应产物离心分离出沉淀，洗涤、抽滤，得到的样品；
(3)将步骤(2)得到的样品在100～120℃温度下干燥12～24h，将干燥得到的粉体置于马弗炉中，以1～5℃/min升温速率升温至450～650℃后，焙烧3～5h，获得具有介孔结构的氧化锌光催化剂。
2.如权利要求1所述的具有介孔结构的氧化锌光催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所用Zn无机盐前驱体为硝酸锌、醋酸锌和草酸锌中的一种。
3.如权利要求2所述的具有介孔结构的氧化锌光催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所用模板剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠和乙二胺四乙酸中的一种。
4.如权利要求3所述的具有介孔结构的氧化锌光催化剂的制备方法，其特征在于，所用螯合剂为柠檬酸、柠檬酸钠、酒石酸和苹果酸中的一种或两种。
5.如权利要求4所述的具有介孔结构的氧化锌光催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述洗涤为用去离子水和无水乙醇分别清洗次数为5～10次。
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