一種有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的氧化鋅催化劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的氧化鋅催化劑及其制備方法，制備過程包括選擇十二烷基磺酸鈉，簡稱SDS，為模板劑，六水硝酸鋅為鋅源，氫氧化鈉為堿源，進(jìn)行氧化鋅粉末的水熱法制備。通過這種模板法制備的氧化鋅是由片狀的氧化鋅羅列在一起組成的有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)。這種有序結(jié)構(gòu)的氧化鋅具有較大的比表面積和表面能，使其在化學(xué)、光、電性能等方面將有廣泛的應(yīng)用。本方法制備的氧化鋅具備高結(jié)晶度，顆粒分散度小，制備過程不需高溫等優(yōu)點(diǎn)，因此具有很好的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的氧化鋅催化劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋅氧化物的制備【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的氧化鋅催化劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化鋅是直接寬帶隙半導(dǎo)體材料，其室溫帶隙寬度為3.37eV,具有高的激子束縛能。天然ZnO為η型半導(dǎo)體，有六方相和立方相兩種晶形，常溫下的穩(wěn)定相是六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，閃鋅礦結(jié)構(gòu)只是作為過渡相存在。氧化鋅有獨(dú)特的光活性、電活性、燒結(jié)活性、催化活性，同時(shí)還具有無毒、非遷移性、熒光性、壓電性等特性及吸收和散射紫外線的能力。因此，在日用化工、橡膠、染料、涂料、壓電陶瓷、光電子及催化等眾多領(lǐng)域皆有廣泛的應(yīng)用。在電阻方面，可以制備氣體警報(bào)器和離子傳到溫度計(jì)，在紫外屏蔽方面，可以制備紫外線過濾器，在催化劑方面，可以制備高效光催化劑，用于講解廢水中的有機(jī)污染物，凈化和保護(hù)環(huán)境。正是由于氧化鋅在化學(xué)、光、電等方面的廣泛應(yīng)用以及良好的應(yīng)用潛力，研究者為了得到在化學(xué)、光、電性質(zhì)等各方面優(yōu)越的氧化鋅粉體，對于其形貌控制也顯得尤為重要。因此，具有各種形貌的氧化鋅也通過不同的方法在不同條件下得到制備，例如水熱法制備的直徑50nm左右的納米棒和不同長徑比的氧化鋅納米結(jié)構(gòu)，離子交換法制備的紡椎體形的氧化鋅納米棒，熱解法制備的葉輪形氧化鋅和花形氧化鋅，等等。近幾年來，關(guān)于氧化鋅制備的報(bào)道越來越多，但是模板水熱法制備具有有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的氧化鋅卻未見報(bào)道，有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的氧化鋅具有較高的表面能和比表面積，由于結(jié)構(gòu)的特殊性可能使其對粒子的捕捉率會有改善，在光催化處理方面將具有更大優(yōu)勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的氧化鋅催化劑及其制備方法，該氧化鋅催化劑具有較高的結(jié)晶度，解決了有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)鋅氧化物的制備難題。。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是一種有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的氧化鋅催化劑，是以十二烷基磺酸鈉和六水硝酸鋅為原料，再加入氫氧化鈉的水-乙醇或水-乙二醇混合溶液,采用水熱反應(yīng)制備。
[0005]優(yōu)選的，制備步驟如下:按計(jì)量將六水硝酸鋅水溶液與十二烷基磺酸鈉的乙醇或乙二醇溶液均勻混合；加入氫氧化鈉的水-乙醇或水-乙二醇混合溶液，回流，兩者混合攪拌數(shù)小時(shí)后轉(zhuǎn)移入反應(yīng)釜，反應(yīng)釜保持一定溫度數(shù)小時(shí)，取出后室溫冷卻，分離，洗滌，烘干，制備過程中使用的硝酸鋅與氫氧化鈉的摩爾比為1:2?8，硝酸鋅與十二烷基磺酸鈉的摩爾比為I?10:1，保持整個(gè)體系中水與乙醇或者水與乙二醇的體積比為I?0.5:1。
[0006]本發(fā)明還提供了一種制備如上所述的有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的氧化鋅催化劑的方法，包括如下制備步驟，
[0007]I)、將一定量的六水硝酸鋅溶于水中，配制硝酸鋅溶液；將一定量的十二烷基磺酸鈉溶于乙醇或乙二醇中，配制十二烷基磺酸鈉-乙醇溶液或十二烷基磺酸鈉-乙二醇溶液；
[0008]2)、在40_60°C下，將步驟I)配制的硝酸鋅溶液與十二烷基磺酸鈉-乙醇或十二烷基磺酸鈉-乙二醇溶液均勻混合，得到混合液A ;
[0009]3)、配制氫氧化鈉的水-乙醇或者氫氧化鈉的水-乙二醇溶液，保持最終體系中水與乙醇或者水與乙二醇的體積比為I?0.5:1 ;
[0010]4)、將步驟2)的混合液中加入步驟3)配制的氫氧化鈉的水-乙醇或者氫氧化鈉的水-乙二醇溶液，在75-90°C回流8-15小時(shí)，整個(gè)過程保持?jǐn)嚢?，得到混合液B ；
[0011]5)、步驟4)得到的混合液B轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中密封，反應(yīng)釜內(nèi)保持160-190°c，保持12-24h，取出后自然冷卻至室溫，離心分離，洗滌，40-60°C烘干，得到產(chǎn)物即為具有有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的氧化鋅催化劑粉體。
[0012]本發(fā)明還提供了一種如上所述的有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的氧化鋅催化劑在光學(xué)催化劑方面的應(yīng)用。
[0013]本發(fā)明還提供了如上所述的制備有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的氧化鋅催化劑的方法制備的氧化鋅催化劑在光學(xué)催化劑方面的應(yīng)用。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及效果:
[0015]1、本發(fā)明制備的有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的氧化鋅催化劑粉體，為純氧化鋅結(jié)晶物，有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的氧化鋅因其較大的表面能和比表面積大，捕捉粒子能力強(qiáng)，有利于其在光催化方面的應(yīng)用；
[0016]2、本發(fā)明中，選用毒性低常用模板劑十二烷基磺酸鈉，實(shí)現(xiàn)了氧化鋅有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的制備；
[0017]3、本發(fā)明中，采用的是毒性小常見的氫氧化鈉替代毒性大的氨水、氫氧化四丙基銨以及氫氧化四甲銨等來提供氫氧根粒子，降低對人體和環(huán)境的危害；
[0018]4、本發(fā)明中所涉及原料六水硝酸鋅屬于普通化學(xué)試劑，廉價(jià)易得。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明中制備的氧化鋅催化劑的SEM圖；
【具體實(shí)施方式】
[0020]為了理解本發(fā)明，下面通過具體的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0021]本發(fā)明制備的氧化鋅催化劑進(jìn)行SEM測試，SEM測試在日本電子株式會社JSM-35C型掃描電鏡儀上進(jìn)行，SEI25Kv，1.0X 10-11A。
[0022]實(shí)施例一
[0023]I)、將一定量的六水硝酸鋅溶于水中，配制硝酸鋅溶液；將一定量的十二烷基磺酸鈉溶于乙醇或乙二醇中，配制十二烷基磺酸鈉-乙醇溶液或十二烷基磺酸鈉-乙二醇溶液；其中硝酸鋅與十二烷基磺酸鈉摩爾比為2:1 ;
[0024]2)、在40°C下，將步驟I)配制的硝酸鋅溶液與十二烷基磺酸鈉-乙醇均勻混合，得到混合液A ;其中硝酸鋅與氫氧化鈉摩爾比為1:2 ;水與乙醇的體積比為1:1 ;
[0025]3)、配制氫氧化鈉的水-乙醇或者氫氧化鈉的水-乙二醇溶液；
[0026]4)、將步驟2)的混合液中加入步驟3)配制的氫氧化鈉的水-乙醇或者氫氧化鈉的水-乙二醇溶液，在80°C回流10小時(shí)，得到混合液B ；
[0027]5)、步驟4)得到的混合液B轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中密封，反應(yīng)釜內(nèi)保持190°C溫度下12h，取出后自然冷卻至室溫，離心分離，洗滌，40°C烘干，得到產(chǎn)物即為有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的氧化鋅催化劑粉體。
[0028]實(shí)施例二
[0029]I)、將一定量的六水硝酸鋅溶于水中，配制硝酸鋅溶液；將一定量的十二烷基磺酸鈉溶于乙醇或乙二醇中，配制十二烷基磺酸鈉-乙醇溶液或十二烷基磺酸鈉-乙二醇溶液；其中硝酸鋅與十二烷基磺酸鈉摩爾比為2:1 ;
[0030]2)、在50°C下，將步驟I)配制的硝酸鋅溶液與十二烷基磺酸鈉-乙醇或十二烷基磺酸鈉-乙二醇溶液均勻混合，得到混合液A ;
[0031]3)、配制氫氧化鈉的水-乙醇或者氫氧化鈉的水-乙二醇溶液；
[0032]4)、將步驟2)的混合液中加入步驟3)配制的氫氧化鈉的水-乙醇或者氫氧化鈉的水-乙二醇溶液，在85°C回流10小時(shí)，得到混合液B ;硝酸鋅與氫氧化鈉摩爾比1:2 ;水與乙二醇的體積比為1:1 ;
[0033]5)、步驟4)得到的混合液B轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中密封，反應(yīng)釜內(nèi)保持180°C溫度下20h，取出后自然冷卻至室溫，離心分離，洗滌，50°C烘干，得到產(chǎn)物即為有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的氧化鋅催化劑粉體。
[0034]實(shí)施例三
[0035]I)、將一定量的六水硝酸鋅溶于水中，配制硝酸鋅溶液；將一定量的十二烷基磺酸鈉溶于乙醇或乙二醇中，配制十二烷基磺酸鈉-乙醇溶液或十二烷基磺酸鈉-乙二醇溶液；六水硝酸鋅與十二烷基磺酸鈉摩爾比為3:1 ;
[0036]2)、在60°C下，將步驟I)配制的硝酸鋅溶液與十二烷基磺酸鈉-乙醇或十二烷基磺酸鈉-乙二醇溶液均勻混合，得到混合液A ;
[0037]3)、配制氫氧化鈉的水-乙醇或者氫氧化鈉的水-乙二醇溶液；
[0038]4)、將步驟2)的混合液中加入步驟3)配制的氫氧化鈉的水-乙醇或者氫氧化鈉的水-乙二醇溶液，在85°C回流12小時(shí)，得到混合液B ;氫氧化鈉與氯化鐵摩爾比為1:5 ;硝酸鋅與氫氧化鈉摩爾比為1:5。
[0039]5)、步驟4)得到的混合液B轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中密封，反應(yīng)釜內(nèi)保持180°C溫度下18h，取出后自然冷卻至室溫，離心分離，洗滌，60°C烘干，得到產(chǎn)物即為具有有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的氧化鋅催化劑粉體。
[0040]實(shí)施例四
[0041]I)、將一定量的六水硝酸鋅溶于水中，配制硝酸鋅溶液；將一定量的十二烷基磺酸鈉溶于乙醇或乙二醇中，配制十二烷基磺酸鈉-乙醇溶液或十二烷基磺酸鈉-乙二醇溶液；硝酸鋅與十二烷基磺酸鈉摩爾比為6:1;
[0042]2)、在60°C下，將步驟I)配制的硝酸鋅溶液與十二烷基磺酸鈉-乙醇或十二烷基磺酸鈉-乙二醇溶液均勻混合，得到混合液A ;
[0043]3)、配制氫氧化鈉的水-乙醇或者氫氧化鈉的水-乙二醇溶液；
[0044]4)、將步驟2)的混合液中加入步驟3)配制的氫氧化鈉的水-乙醇或者氫氧化鈉的水-乙二醇溶液，在90°C回流13小時(shí)，得到混合液B ;硝酸鋅與氫氧化鈉摩爾比1:3 ;水與乙醇的體積比為1:1 ;
[0045]5)、步驟4)得到的混合液B轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中密封，反應(yīng)釜內(nèi)保持190°C溫度下15h，取出后自然冷卻至室溫，離心分離，洗滌，60°C烘干，得到產(chǎn)物即為具有有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的氧化鋅催化劑粉體。
[0046]實(shí)施例五
[0047]I)、將一定量的六水硝酸鋅溶于水中，配制硝酸鋅溶液；將一定量的十二烷基磺酸鈉溶于乙醇或乙二醇中，配制十二烷基磺酸鈉-乙醇溶液或十二烷基磺酸鈉-乙二醇溶液；硝酸鋅與十二烷基磺酸鈉摩爾比為5:1 ;
[0048]2)、在55°C下，將步驟I)配制的硝酸鋅溶液與十二烷基磺酸鈉-乙醇或十二烷基磺酸鈉-乙二醇溶液均勻混合，得到混合液A ;
[0049]3)、配制氫氧化鈉的水-乙醇或者氫氧化鈉的水-乙二醇溶液；硝酸鋅與氫氧化鈉摩爾比為1:4 ;水與乙二醇的體積比為1:1 ;
[0050]4)、將步驟2)的混合液中加入步驟3)配制的氫氧化鈉的水-乙醇或者氫氧化鈉的水-乙二醇溶液，在80°C回流10小時(shí)，得到混合液B ；
[0051]5)、步驟4)得到的混合液B轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中密封，反應(yīng)釜內(nèi)保持180°C溫度下20h，取出后自然冷卻至室溫，離心分離，洗滌，40°C烘干，得到產(chǎn)物即為具有有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的氧化鋅催化劑粉體。
[0052]實(shí)施例六
[0053]I)、將一定量的六水硝酸鋅溶于水中，配制硝酸鋅溶液；將一定量的十二烷基磺酸鈉溶于乙醇或乙二醇中，配制十二烷基磺酸鈉-乙醇溶液或十二烷基磺酸鈉-乙二醇溶液；硝酸鋅與十二烷基磺酸鈉摩爾比為8:1;
[0054]2)、在60°C下，將步驟I)配制的硝酸鋅溶液與十二烷基磺酸鈉-乙醇或十二烷基磺酸鈉-乙二醇溶液均勻混合，得到混合液A ;
[0055]3)、配制氫氧化鈉的水-乙醇或者氫氧化鈉的水-乙二醇溶液硝酸鋅與氫氧化鈉摩爾比為1:8 ;水與乙二醇的體積比為4:5 ；
[0056]4)、將步驟2)的混合液中加入步驟3)配制的氫氧化鈉的水-乙醇或者氫氧化鈉的水-乙二醇溶液，在80°C回流10小時(shí)，得到混合液B ；
[0057]5)、步驟4)得到的混合液B轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中密封，反應(yīng)釜內(nèi)保持180°C溫度下16h，取出后自然冷卻至室溫，離心分離，洗滌，60°C烘干，得到產(chǎn)物即為具有有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的氧化鋅催化劑粉體。
[0058]實(shí)施例七
[0059]I)、將一定量的六水硝酸鋅溶于水中，配制硝酸鋅溶液；將一定量的十二烷基磺酸鈉溶于乙醇或乙二醇中，配制十二烷基磺酸鈉-乙醇溶液或十二烷基磺酸鈉-乙二醇溶液；硝酸鋅與十二烷基磺酸鈉摩爾比為7:1
[0060]2)、在60°C下，將步驟I)配制的硝酸鋅溶液與十二烷基磺酸鈉-乙醇或十二烷基磺酸鈉-乙二醇溶液均勻混合，得到混合液A ;
[0061]3)、配制氫氧化鈉的水-乙醇或者氫氧化鈉的水-乙二醇溶液；硝酸鋅與氫氧化鈉摩爾比為1:6 ;水與乙二醇的體積比為7:10 ;
[0062]4)、將步驟2)的混合液中加入步驟3)配制的氫氧化鈉的水-乙醇或者氫氧化鈉的水-乙二醇溶液，在85°C回流11小時(shí)，得到混合液B ；
[0063]5)、步驟4)得到的混合液B轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中密封，反應(yīng)釜內(nèi)保持180°C溫度下20h，取出后自然冷卻至室溫，離心分離，洗滌，60°C烘干，得到產(chǎn)物即為具有有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的氧化鋅催化劑粉體。
[0064]將實(shí)施例一?實(shí)施例七制備的氧化鋅催化劑進(jìn)行催化性能測試，通過催化尿素與甲醇反應(yīng)進(jìn)行，在反應(yīng)在加壓間歇反應(yīng)器中進(jìn)行，反應(yīng)條件為:初始壓力0.9MPa、反應(yīng)溫度180°C、反應(yīng)時(shí)間9h、催化劑用量反應(yīng)物總質(zhì)量的6%、原料甲醇與尿素摩爾比36，得到碳酸二甲酯。催化結(jié)果顯示，與顆粒狀納米氧化鋅相比，碳酸二甲酯的產(chǎn)率可以提高20%。
[0065]本發(fā)明不局限于上述最佳實(shí)施方式，任何人在本發(fā)明的啟示下得出的其他任何與本發(fā)明相同或相近似的產(chǎn)品，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的氧化鋅催化劑，其特征在于:是以十二烷基磺酸鈉和六水硝酸鋅為原料，再加入氫氧化鈉的水-乙醇或水-乙二醇混合溶液,采用水熱反應(yīng)制備。
2.如權(quán)利要求1所述的有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的氧化鋅催化劑，其特征在于:制備步驟如下:按計(jì)量將六水硝酸鋅水溶液與十二烷基磺酸鈉的乙醇或乙二醇溶液均勻混合；加入氫氧化鈉的水-乙醇或水-乙二醇混合溶液，回流，兩者混合攪拌數(shù)小時(shí)后轉(zhuǎn)移入反應(yīng)釜，反應(yīng)釜保持一定溫度數(shù)小時(shí)，取出后室溫冷卻，分離，洗滌，烘干，制備過程中使用的硝酸鋅與氫氧化鈉的摩爾比為1:2?8，硝酸鋅與十二烷基磺酸鈉的摩爾比為I?10:1，保證整個(gè)體系中水與乙醇或者水與乙二醇的體積比為I?0.5:1。
3.一種制備如權(quán)利要求1或2所述的有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的氧化鋅催化劑的方法，其特征在于:包括如下制備步驟， I)、將一定量的六水硝酸鋅溶于水中，配制硝酸鋅溶液；將一定量的十二烷基磺酸鈉溶于乙醇或乙二醇中，配制十二烷基磺酸鈉-乙醇溶液或十二烷基磺酸鈉-乙二醇溶液； 2)、在40-60 V下，將步驟I)配制的硝酸鋅溶液與十二烷基磺酸鈉-乙醇或十二烷基磺酸鈉-乙二醇溶液均勻混合，得到混合液A ; 3)、配制氫氧化鈉的水-乙醇或者氫氧化鈉的水-乙二醇溶液，保證最終體系中水與乙醇或者水與乙二醇的體積比為I?0.5:1 ; 4)、將步驟2)的混合液中加入步驟3)配制的氫氧化鈉的水-乙醇或者氫氧化鈉的水-乙二醇溶液，在75-90°C回流8-15小時(shí)，整個(gè)過程保持?jǐn)嚢?，得到混合液B ； 5)、步驟4)得到的混合液B轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中密封，反應(yīng)釜內(nèi)保持160-190°C，保持12-24h，取出后自然冷卻至室溫，離心分離，洗滌，40-60°C烘干，得到產(chǎn)物即為具有有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的氧化鋅催化劑粉體。
4.一種如權(quán)利要求1或2所述的有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的氧化鋅催化劑在光學(xué)催化劑方面的應(yīng)用。
5.如權(quán)利要求3所述的制備有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的氧化鋅催化劑的方法制備的氧化鋅催化劑在光學(xué)催化劑方面的應(yīng)用。
【文檔編號】C01G9/02GK103721698SQ201410012786
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月10日
【發(fā)明者】徐俊青, 陳濤 申請人:中國天辰工程有限公司, 天津天辰綠色能源工程技術(shù)研發(fā)有限公司