CN108855241A - 一种花状光催化剂及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种花状光催化剂，该光催化剂的化学式为Zn5(OH)6(CO3)2；所述花状光催化剂为纳米片组成的花状结构，纳米片边长为2‑3μm，厚度为100‑200nm。本发明的羟基碳酸锌光催化剂材料的制作方法简易，成本低廉，重现性好，且具有特殊新颖的均匀花状结构，具有高催化活性，能够高效降解亚甲基蓝的废水溶液。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型花状光催化剂及其简易制备方法、以及光催化活性。
背景技术
21世纪，随着化学工业的发展，环境污染日益严重。利用半导体氧化物材料在太阳光照射下表面能受激活化的特性，可有效地氧化分解有机污染物。与传统的净化环境处理方法相比，半导体光催化技术拥有反应条件温和、无二次污染、操作简单和降解效果显著等优势。TiO2是最常见并且是被研究得最多的催化剂之一，但其产生的光生电子空穴对很容易复合，导致电子和空穴不能及时迁移至表面参与氧化还原反应，从而光转化效率较低。因此寻找性能优异的新型光催化材料以获得具有高效光催化活性的光催化剂非常有意义。含锌系列复合物有着广泛的用途，不仅可以用于医药行业，还可应用于半导体。由于锌元素相对是一种无毒绿色的金属，近年来在光催化剂的制备上，日益取代含铅、锑、镉、汞等有毒元素的化合物，如ZnO，ZnWO4等。羟基碳酸锌作为一种功能材料，在光催化方面的研究鲜见报道。已报道的羟基锡酸锌相关专利中，有高东瑞和谭泽发明的氨水、二氧化碳气体或碳酸氢铵、锌花和氧化剂反应生成的羟基锡酸锌粉体(CN201610117121.3)，其形貌与晶体结构与本文中的羟基碳酸锌明显不同，而且目前，还没有人报道过均匀花状Zn5(OH)6(CO3)2作为光催化材料降解染料的性能，水热生成的羟基碳酸锌活性具有显著提高。而且，在污水的降解中展现出了更高效吸附和降解性能。因此寻求羟基碳酸锌简便的合成方法和提高其光催化活性成为光催化研究的重点。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种具有更佳光催化活性的羟基碳酸锌的新型结构材料。
为了达到上述目的，本发明提供了一种花状光催化剂，该光催化剂的化学式为Zn5(OH)6(CO3)2；所述花状光催化剂为纳米片组成的花状结构，纳米片边长为2-3μm，厚度为100-200nm。
本发明还提供了上述花状光催化剂的制备方法，具体步骤如下：将1mmol的氧化锌加入35mL蒸馏水中，再加入8mmol的碳酸铵，搅拌三十分钟后，转移到具有聚四氟乙烯内衬高压釜中，在180℃下恒温反应24小时；离心、洗涤、干燥，得产品。
本发明还提供了上述花状光催化剂在有机污染物光催化降解方面的应用。
具体在进行有机污染物光催化降解时，花状光催化剂在进行有机污染物光催化降解时，在有机污染物废水溶液中加入本发明花状光催化剂，避光搅拌30min后，开启氙灯光源在紫外光照射下进行光催化反应60-80min，即可；其中，有机污染物废水溶液的浓度不高于4.5mg/L；花状光催化剂的加入量为每200mL有机污染物废水溶液加入0.1g。
进行光催化降解的有机污染物优选亚甲基蓝。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明的羟基碳酸锌光催化剂材料的制作方法简易，成本低廉，重现性好，且具有特殊新颖的均匀花状结构，具有高催化活性，能够高效降解亚甲基蓝的废水溶液。
附图说明
图1为实施例一制备的光催化材料Zn5(OH)6(CO3)2的扫面电子显微镜（SEM）图。
图2为实施例一制备的均匀花状光催化材料Zn5(OH)6(CO3)2的X射线衍射（XRD）图。
图3为效果实施例中花状羟基碳酸锌光催化剂降解亚甲基蓝染料水溶液和亚甲基蓝染料自身降解的活性对比图。
由图3可见，制备的均匀花状Zn5(OH)6(CO3)2光催化剂材料活性很高。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例一:
室温下， 1mmol的氧化锌加入35mL蒸馏水中，再加入8mmol的碳酸铵，搅拌30分钟后，转移到具有聚四氟乙烯内衬高压釜中，在180℃下水热反应24小时，离心洗涤，烘干即可。
由图2可见，通过与标准卡JCPDS:72-1100对比，制得的样品为纯晶体Zn5(OH)6(CO3)2。
由图1可见，本发明制备的光催化材料Zn5(OH)6(CO3)2，为纳米片组成的花状，纳米片边长为2-3μm，厚度为100-200nm。
效果实例二：
测试过程如下：
将实施例一制得到的花状羟基硝酸锌光催化剂降解亚甲基蓝（MB）水溶液和染料自身降解的对比。
称取上述样品0.1g，加入200ml MB水溶液，其中MB浓度都4.5mg/L，先避光搅拌30min，使染料在催化剂表面达到吸附/脱附平衡。然后开启氙灯光源在紫外光照射下进行光催化反应，上清液用分光光度计检测。根据Lambert–Beer定律，有机物特征吸收峰强度的变化，可以定量计算其浓度变化。当吸光物质相同、厚度相同时，可以用吸光度的变化直接表示溶液浓度的变化。因为亚甲基蓝在664 nm处有一个特征吸收峰，所以可以利用吸光度的变化来衡量溶液中亚甲基蓝的浓度变化。
如图3所示（横坐标：紫外光照射时间；纵坐标：经过紫外光照射一段时间后测量的亚甲基蓝浓度值与亚甲基蓝的初始浓度的比值），光照80min后，本发明制备的花状结构光催化剂降解亚甲基蓝高达93%，显著高于染料自身降解的光催化活性。由此可见，本发明制备得到的光催化剂对MB具有较高的光催化活性。
Claims (5)
1.一种新型花状光催化剂，其特征在于：所述光催化剂的化学式为Zn5(OH)6(CO3)2；所述花状光催化剂为纳米片组成的花状结构，纳米片边长为2-3μm，厚度为100-200nm。
2.权利要求1所述花状光催化剂的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：将1mmol的氧化锌加入35mL蒸馏水中，再加入8mmol的碳酸铵，搅拌三十分钟后，转移到具有聚四氟乙烯内衬高压釜中，在180℃下恒温反应24小时；离心、洗涤、干燥，得产品。
3.权利要求1所述花状光催化剂在有机污染物光催化降解方面的应用。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于：所述花状光催化剂在进行有机污染物光催化降解时，在有机污染物废水溶液中加入所述花状光催化剂，避光搅拌30min后，开启氙灯光源在紫外光照射下进行光催化反应60-80min，即可；所述有机污染物废水溶液的浓度不高于于4.5mg/L；所述花状光催化剂的加入量为每200mL有机污染物废水溶液加入0.1g。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：所述有机污染物为亚甲基蓝。
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| CN111547772B (zh) * | 2020-05-14 | 2022-06-07 | 重庆工商大学 | 一种钨酸锌复合锡酸锌气体传感材料、制备方法和应用 |
| CN112915991A (zh) * | 2021-01-19 | 2021-06-08 | 西南交通大学 | 一种片层聚集花状氧化锌光催化剂的制备方法 |
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| CN108855241B (zh) | 2021-04-13 |
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