專利名稱：一種氧化鋅納米線薄膜光催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬低維納米材料薄膜制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氧化鋅納米線薄膜光催化劑的制備方法。
背景技術(shù)：
應(yīng)用半導(dǎo)體光催化技術(shù)凈化環(huán)境是近年來研究開發(fā)出來的一種新方法。半導(dǎo)體光催化劑具有很強的催化活性，在太陽光或紫外光源的照射下，可以將有機廢水中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化成CO2、水或其他無機氧化物等無害物質(zhì)，從而達(dá)到治理環(huán)境的目的。因此，通過光催化反應(yīng)治理環(huán)境污染的應(yīng)用前景非常廣闊。氧化鋅是一種重要高效半導(dǎo)體光催化劑，室溫下禁帶寬度為3. 37eV,激子束縛能高達(dá)60meV。納米氧化鋅在紫外光照射下，受激產(chǎn)生電子_空穴對，高活性的空穴能分解催化劑表面吸附的水產(chǎn)生氫氧自由基，而電子能使其周圍的氧還原成活性離子氧，進(jìn)而將吸附在催化劑表面的有機污染物分解成無二次污染的產(chǎn)物(如C02、吐0)，從而達(dá)到除污目的。 此外，氧化鋅還具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性、無二次污染、無刺激性、安全無毒等優(yōu)點，是最具開發(fā)前景的綠色環(huán)保催化劑之一。目前，用于環(huán)境治理的納米氧化鋅光催化劑主要是粉末產(chǎn)品。粉末狀的氧化鋅在使用過程中存在易團聚、易損失等現(xiàn)象，使用后存在難以與溶液分離以及難以循環(huán)使用等問題，這些缺點在一定程度上限制了它的實際應(yīng)用。因此，人們通常選擇一定的方法來實現(xiàn)氧化鋅在固體表面的固載，一般選用的載體為不銹鋼、玻璃、石英及瓦片等。但是，載體的選擇將影響氧化鋅光催化劑的活性、均一性以及附載量；同時載體的結(jié)構(gòu)也將影響光在體系中的傳遞過程和物質(zhì)(如污染物和O2等)傳遞到催化劑表面的傳質(zhì)過程。所選固化氧化鋅的方法一般為浸潤法、化學(xué)氣相沉積(CVD)法、溶膠-凝膠法、脈沖激光沉積法及噴霧熱分解法等。這些方法，或者需要昂貴的儀器設(shè)備、精確的操作方法，或者在實現(xiàn)氧化鋅固化過程中需要大量的表面活性劑及復(fù)雜的操作步驟，為了解決上述問題，急需開發(fā)出簡單、經(jīng)濟、環(huán)保的方法來制備高效的氧化鋅納米線光催化薄膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種制備工藝簡單的氧化鋅納米線薄膜光催化劑的合成方法。該方法原料廉價、合成方法簡單，成本較低；生長出的氧化鋅納米線具有較好光催化性能，使用方便，且利于回收及重復(fù)使用。本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)
一種氧化鋅納米線薄膜光催化劑的制備方法將金屬鋅片放入胼和蒸餾水體積比為 1:1 2:1的混合溶液中，在17(T190° C下水熱反應(yīng)2 4h，冷卻后取出鋅片干燥即可獲得氧化鋅納米線薄膜光催化劑。為進(jìn)一步實現(xiàn)本發(fā)明的目的，所述水熱反應(yīng)在帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中進(jìn)行。所述鋅片優(yōu)選為純度在99. 9%以上的鋅片。
所述鋅片的厚度優(yōu)選為0. Icm0所述鋅片反應(yīng)前依次經(jīng)過蒸餾水、無水乙醇和丙酮超聲清洗。所述胼和蒸餾水混合液的優(yōu)選的積體比為1. 5。所述水熱反應(yīng)的溫度優(yōu)選180° C，反應(yīng)時間優(yōu)選為池。本發(fā)明提供一種氧化鋅納米線薄膜光催化劑制備方法的特點是
(1)本發(fā)明采用水熱法，以金屬鋅片為基片和原料制備氧化鋅納米線薄膜光催化劑，所得產(chǎn)物尺寸均勻，直徑在100 150nm之間。本發(fā)明的制備過程簡單，生產(chǎn)成本較低，原料廉價易得、生產(chǎn)工藝簡單、操作方便，易于工業(yè)化生產(chǎn)。( 2 )由于鋅片既是鋅源，又是氧化鋅的生長基片，所以生長出的氧化鋅不會引入雜質(zhì)、純度高、使用方便，在光催化實驗時氧化鋅不易從基片上脫落，即利于回收及重復(fù)使用。(3)本發(fā)明所得氧化鋅薄膜具有較高的活性，在光催化降解有機染料時具有使用方便、利于回收、可重復(fù)使用等優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明實施例1所得產(chǎn)物的X射線衍射(XRD )圖。圖2為本發(fā)明實施例1所得產(chǎn)物的低倍掃描電鏡(SEM)圖。圖3為本發(fā)明實施例1所得產(chǎn)物的中倍掃描電鏡(SEM)圖。圖4為本發(fā)明實施例1所得產(chǎn)物的高倍掃描電鏡(SEM)圖。圖5為本發(fā)明實施例廣3所制備的氧化鋅納米線薄膜光催化降解甲基橙溶液的活性對比圖。其中，甲基橙溶液濃度10mg/L ；紫外燈主波長為365nm，功率為125W。
具體實施例方式為了更好理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但是本發(fā)明要求保護的范圍并不局限于實施例表示的范圍。實施例1
將1. 6ml的蒸餾水和2. 4ml的胼混合均勻后，加入至20ml的聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜內(nèi)。將市售的純度大于99.9%，厚度為0. 1cm，面積為IcmX Icm的金屬鋅片用蒸餾水、無水乙醇和丙酮在超聲波中清洗，然后放入混有胼和蒸餾水的聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜內(nèi)， 將該容器密閉后放入180° C恒溫箱內(nèi)反應(yīng)池，冷卻后將鋅片取出干燥即得氧化鋅納米線薄膜。附圖1為所得產(chǎn)物的X射線衍射圖，從圖1中可以看出，所得產(chǎn)物衍射峰除了基體鋅片的衍射峰外均為氧化鋅的衍射峰，無多余雜相峰出現(xiàn)。圖2為所得產(chǎn)物的低倍SEM圖，從圖2中可以看出，氧化鋅納米線是大面積生長的。圖3為所得產(chǎn)物中倍SEM圖，從圖3中可以看出，氧化鋅納米線是從基片鋅片中生長出來的，遠(yuǎn)離基片部分堆積在一起，其長度約為 10 20Mm。圖4為所得產(chǎn)物的高倍SEM圖，從圖4中可以看出，氧化鋅納米線的直徑約為 100 150nm。本專利以氧化鋅薄膜在紫外燈下光催化降解甲基橙的降解率來評估氧化鋅的活性。附圖5中曲線1為所得氧化鋅薄膜的光催化降解甲基橙溶液的降解率圖，反應(yīng)時間為他時，其降解率達(dá)到91. 1。本實施例中的鋅片既是鋅源，又是氧化鋅的生長基片，所以生長出的氧化鋅不會引入雜質(zhì)、純度高，使用方便，利于回收及重復(fù)利用；且本發(fā)明原料廉價，制備工藝簡單，降低了生產(chǎn)成本。
實施例2
將2. Oml的蒸餾水和2. Oml的胼混合均勻后，加入至20ml的聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜內(nèi)。將市售的純度大于99.9%，厚度為0. 1cm，面積為IcmX Icm的金屬鋅片用蒸餾水、無水乙醇和丙酮在超聲波中清洗，然后放入混有胼和蒸餾水的聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜內(nèi)，將該容器密閉后放入170° C恒溫箱內(nèi)反應(yīng)4h，冷卻后將鋅片取出干燥即得氧化鋅納米線薄膜。本專利以氧化鋅薄膜在紫外燈下光催化降解甲基橙的降解率來評估氧化鋅的活性。附圖5中曲線2為所得氧化鋅薄膜的光催化降解甲基橙溶液的降解率圖，反應(yīng)時間為他時， 其降解率為83. 7%。實施例3
將1. 3ml的蒸餾水和2. 7ml的胼混合均勻后，加入至20ml的聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜內(nèi)。將市售的純度大于99.9%，厚度為0. 1cm，面積為IcmX Icm的金屬鋅片用蒸餾水、無水乙醇和丙酮在超聲波中清洗，然后放入混有胼和蒸餾水的聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜內(nèi)，將該容器密閉后放入190° C恒溫箱內(nèi)反應(yīng)池，冷卻后將鋅片取出干燥即得氧化鋅納米線薄膜。本專利以氧化鋅薄膜在紫外燈下光催化降解甲基橙的降解率來評估氧化鋅的活性。附圖5中曲線3為所得氧化鋅薄膜的光催化降解甲基橙溶液的降解率圖，反應(yīng)時間為他時， 其降解率為81. m。
權(quán)利要求
1.一種氧化鋅納米線薄膜光催化劑的制備方法，其特征在于將金屬鋅片放入胼和蒸餾水體積比為1:1 2:1的混合溶液中，在17(Tl90° C下水熱反應(yīng)2 4h，冷卻后取出鋅片干燥即可獲直徑為100 150nm，長度為10 20Mm的氧化鋅納米線薄膜光催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋅納米線薄膜光催化劑的制備方法，其特征在于，所述水熱反應(yīng)在帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋅納米線薄膜光催化劑的制備方法，其特征在于，所述鋅片為純度在99. 9%以上的鋅片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋅納米線薄膜光催化劑的制備方法，其特征在于，所述鋅片的厚度為0. Icm0
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋅納米線薄膜光催化劑的制備方法，其特征在于，所述鋅片反應(yīng)前依次經(jīng)過蒸餾水、無水乙醇和丙酮超聲清洗。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋅納米線薄膜光催化劑的制備方法，其特征在于，所述胼和蒸餾水混合體的積體比為1. 5。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋅納米線薄膜光催化劑的制備方法，其特征在于，所述水熱反應(yīng)的溫度為180° C。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋅納米線薄膜光催化劑的制備方法，其特征在于，所述水熱反應(yīng)時間為Ι。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氧化鋅納米線薄膜光催化劑的制備方法。該方法是將金屬鋅片放入肼和蒸餾水體積比為1:1～2:1的混合溶液中，在170~190°C下水熱反應(yīng)2~4h，冷卻后取出鋅片干燥即可獲得氧化鋅納米線薄膜光催化劑。水熱反應(yīng)在帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中進(jìn)行，鋅片反應(yīng)前依次經(jīng)過蒸餾水、無水乙醇和丙酮超聲清洗。通過改變水熱反應(yīng)溫度、時間可獲得不同直徑、長度的氧化鋅納米線。在最優(yōu)化條件下，可得到直徑為100～150nm，長度為10～20μm的氧化鋅納米線。本方法具有原料廉價、工藝簡單、操作方便等特點，所得氧化鋅納米線薄膜具有較好的光催化活性。
文檔編號C02F1/32GK102485330SQ20101057417
公開日2012年6月6日 申請日期2010年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月6日
發(fā)明者李秀艷, 李雪飛, 楊景海, 王健 申請人:吉林師范大學(xué)