專利名稱：一種制備納米Ag/ZnO光催化材料的簡(jiǎn)便方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備納米Ag/ZnO光催化材料的簡(jiǎn)便方法,屬于納米材料制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
環(huán)境污染使人類可持續(xù)發(fā)展面臨挑戰(zhàn)，光催化技術(shù)是一種解決環(huán)境問(wèn)題的有效方法。ZnO是一種常見(jiàn)的光催化劑。因具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)，與體相ZnO材料相比，納米ZnO材料具有更高的光催化性能。Ag的摻雜能顯著提高納米ZnO材料的電子-空穴分離效率，進(jìn)而提高其光催化活性。目前有很多的物理、化學(xué)方法用于納米Ag/ZnO材料的制備，然而這些制備方法大都需要苛刻的實(shí)驗(yàn)條件(高溫、高壓、昂貴的設(shè)備、復(fù)雜的工藝流程等)，尋找一種簡(jiǎn)便、低成本的制備方法，對(duì)納米Ag/ZnO材料的普及應(yīng)用具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制備納米Ag/ZnO材料的簡(jiǎn)便方法，該方法直接采用超聲福射技術(shù)制得納米Ag/ZnO材料,流程簡(jiǎn)單、方便快捷。本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的,直接采用超聲福射制備納米Ag/ZnO材料，其特征包括以下過(guò)程(I)將醋酸鋅與檸檬酸按質(zhì)量比I : 5. 5混合后溶于的去離子水中，配成Zn2+濃度為0. 015mol/L的溶液；(2)向步驟(I)所得溶液中滴加濃度為0. 01mol/L的硝酸銀溶液，體系中Ag+相對(duì)Zn2+摩爾含量的調(diào)節(jié)范圍為I 7% ;(3)按照Z(yǔ)n2+與OF摩爾比為I : 20的量向步驟⑵所得溶液中加入lmol/L的氫氧化鈉溶液；(4)將最終獲得的懸浮液移入超聲容器中超聲處理I小時(shí)，超聲頻率調(diào)節(jié)范圍為45kHz IOOkHz ；(5)離心分離出最終沉淀，并用去離子水洗滌，直至洗滌廢液的pH值等于7 8 ;(6)最后在室溫下干燥獲得最終產(chǎn)品。本發(fā)明直接利用超聲福射制備Ag/ZnO納米材料,直接采用超聲福射技術(shù)(超聲頻率范圍為45kHz 100kHz)，以醋酸鋅、檸檬酸和硝酸銀為主要原料成功制得了納米Ag/ZnO材料，與傳統(tǒng)的納米材料制備方法相比，具有操作簡(jiǎn)便、過(guò)程易于控制、成本低、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。采用該發(fā)明制備的納米Ag/ZnO材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，光催化性能好:Ag能穩(wěn)固的附著在花狀ZnO納米結(jié)構(gòu)上；所制備的樣品對(duì)羅丹明B的紫外光降解反應(yīng)表現(xiàn)出良好的活性。


圖I :為實(shí)施例I、實(shí)施例2和實(shí)施例3所得樣品的XRD圖2(a):為實(shí)施例3所制得樣品的低倍透射電子顯微圖像；圖2(b):為實(shí)施例3所制得樣品的高倍透射電子顯微圖像；圖2(c):為圖2(b)畫圈部分能譜分析圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I(I)將O. 4g醋酸鋅與2. 2g檸檬酸混合后溶于去離子水中，配成Zn2+濃度為O. 015mol/L 的溶液；(2)向(I)所得溶液中滴加一定量濃度為O. 01mol/L的硝酸銀溶液，使反應(yīng)體系中Ag+相對(duì)Zn2+的摩爾含量為7% ；(3)往上述所得溶液中加入lmol/L的氫氧化鈉溶液40mL ；(4)將最終獲得的懸浮液移入超聲容器中，利用頻率為45kHz的超聲波超聲處理I小時(shí)；(5)離心分離出最終沉淀；(6)將(5)所得沉淀用去離子水洗滌，直至洗滌廢液pH值等于7. 5(7)在室溫下干燥獲得最終產(chǎn)品，標(biāo)記為AZ-1，如圖I所示。實(shí)施例2(I)將O. 2g醋酸鋅與I. Ig檸檬酸混合后溶于去離子水中，配成Zn2+濃度為O. 015mol/L 的溶液；(2)向(I)所得溶液中滴加一定量濃度為O. 01mol/L的硝酸銀溶液，使反應(yīng)體系中Ag+相對(duì)Zn2+的摩爾含量為I % ；(3)往上述所得溶液中加入lmol/L的氫氧化鈉溶液20mL ；(4)將最終獲得的懸浮液移入超聲容器中，利用頻率為80kHz的超聲波超聲處理I小時(shí)；(5)離心分離出最終沉淀；(6)將(5)所得沉淀用去離子水洗滌，直至洗滌廢液pH值等于7. 8(7)在室溫下干燥獲得最終產(chǎn)品，標(biāo)記為AZ-2，如圖I所示。實(shí)施例3(I)將0. 2g醋酸鋅與I. Ig檸檬酸混合后溶于去離子水中，配成Zn2+濃度為
0.015mol/L 的溶液；(2)向(I)所得溶液中滴加一定量濃度為0. 01mol/L的硝酸銀溶液，使反應(yīng)體系中Ag+相對(duì)Zn2+的摩爾含量為5% ；(3)往上述所得溶液中加入lmol/L的氫氧化鈉溶液20mL ；(4)將最終獲得的懸浮液移入超聲容器中，利用頻率為IOOkHz的超聲波超聲處理I小時(shí)；(5)離心分離出最終沉淀； (6)將(5)所得沉淀用去離子水洗滌，直至洗滌廢液pH值等于7。(7)在室溫下干燥獲得最終產(chǎn)品，標(biāo)記為AZ-3，如圖I所示。以上涉及超聲設(shè)備可以選用中國(guó)昆山超聲設(shè)備有限公司制備的KQ-200VDE。
附圖I為實(shí)施例I、實(shí)施例2和實(shí)施例3所得樣品的XRD圖，不難看出，在所有的樣品中均能觀測(cè)到六角纖鋅礦相ZnO(JCPDS 65-3411)的衍射峰和面心立方Ag(JCPDS65-2871)的衍射峰，所有的樣品中均未出現(xiàn)其他雜質(zhì)衍射峰，這說(shuō)明利用簡(jiǎn)單的超聲輻射法成功制備出了納米Ag/ZnO材料。
附圖2(a)為實(shí)施例3所制得樣品的低倍透射電子顯微圖像，由此看出所制得的Ag/ZnO材料呈花狀，且表面有顆粒分布；雖然在觀察過(guò)程中受到電子束的轟擊，材料樣品依然保持穩(wěn)定的花狀結(jié)構(gòu)。附圖2(b)為實(shí)施例3所制得樣品的高倍透射電子顯微圖像，不難看出附著在花狀結(jié)構(gòu)上的顆粒直徑約為20nm，雖然在觀察過(guò)程中受到電子束的轟擊，納米顆粒依然穩(wěn)固的附著在花狀結(jié)構(gòu)上。為弄清材料組分，對(duì)附圖2(b)中畫圈部分進(jìn)行了能譜分析，結(jié)果如附圖2(c)所示，樣品中含有Ag、Zn、O、C、Cu等元素，其中C和Cu來(lái)自于透射電鏡樣品支持網(wǎng)。附圖2進(jìn)一步表明利用簡(jiǎn)單的超聲輻射法成功制備出了納米Ag/ZnO材料,并且材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。光催化性能測(cè)試下面對(duì)實(shí)施例I、實(shí)施例2和實(shí)施例3所得樣品的光催化活性進(jìn)行研究，具體研究方法如下采用常見(jiàn)工業(yè)染料羅丹明B的紫外光降解為模型反應(yīng)，考察各催化劑的光催化性能；光催化活性用降解率(Degradation)來(lái)表示,計(jì)算方法見(jiàn)公式2_1 Degradation = ——xl00% = —— x 100% (Eql)
C。A0其中C。為溶液中羅丹明B的初始濃度；Ct為反應(yīng)時(shí)間為t時(shí)溶液中羅丹明B的濃度A為與C。對(duì)應(yīng)的溶液的吸光度值；At為與Ct對(duì)應(yīng)的吸光度值。根據(jù)朗伯-比爾定律，溶液的吸光度A值與溶液濃度C值成正比，所以可以根據(jù)吸光度的值由Eq I計(jì)算降解率的值。根據(jù)紫外可見(jiàn)吸收光譜，羅丹明B在波長(zhǎng)554. 5nm處有最大吸收值，因此取A值的測(cè)量波長(zhǎng)為554. 5nm。反應(yīng)裝置為內(nèi)照式光催化反應(yīng)器250W高壓汞燈(發(fā)光主波長(zhǎng)為365nm)作為光源放置于反應(yīng)裝置的中心，汞燈周圍為石英冷阱，通過(guò)不斷通冷凝水將其放出的熱量帶走，整個(gè)反應(yīng)裝置放置于恒溫水槽中(水溫始終設(shè)定為22°C )，以減少溫度帶來(lái)的誤差；反應(yīng)過(guò)程中采用電磁攪拌確保反應(yīng)物混合均勻。光催化活性測(cè)試步驟如下(I)反應(yīng)器中裝入濃度為I X 10_5mol/L的羅丹明B水溶液IOOmL ；(2)放入催化劑20mg并劇烈攪拌以促使吸附平衡；(3)組裝好反應(yīng)器，通上冷卻水，避光密封(僅留通風(fēng)口 )(4)開(kāi)燈穩(wěn)定2min后，進(jìn)行第一次取樣，以后每IOmin取一次樣，反應(yīng)持續(xù)50min，共計(jì)取樣6次，每次取5mL，將所取樣品置于黑箱中；(5)反應(yīng)完畢后先關(guān)紫外燈，待燈溫降至室溫后再關(guān)閉冷卻水；(6)將(4)中所取樣進(jìn)行離心分離，取上層清液，并用紫外可見(jiàn)近紅外分光光度計(jì)測(cè)量各上層清液的吸光度值，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。表I實(shí)施例I、實(shí)施例2和實(shí)施例3所得樣品的光催化活性測(cè)試結(jié)果樣品羅丹明B 5Omin降解率
AZ-I75%
AZ-269%
AZ-390%實(shí)施例I、實(shí)施例2和實(shí)施例3所得樣品的光催化活性測(cè)試結(jié)果如表I所示，不難看出，使用簡(jiǎn)單的超聲輻射法制備的Ag/ZnO納米材料均具有良好的光催化活性，尤其是實(shí)施例3所制備的樣品可以使羅丹明B在50min的降解率達(dá)到90%，可見(jiàn)本發(fā)明適用于制備高效納米Ag/ZnO催化材料。本發(fā)明不同實(shí)施例下制得的樣品表現(xiàn)出不同的光催化活性，這表明通過(guò)制備條件的簡(jiǎn)單調(diào)變即可輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)納米Ag/ZnO材料光催化性能的調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種制備納米Ag/ZnO材料的簡(jiǎn)便方法,其特征是步驟如下(1)將醋酸鋅與檸檬酸按質(zhì)量比I: 5. 5混合后溶于的去離子水中，配成Zn2+濃度為.0.015mol/L 的溶液； (2)向步驟(I)所得溶液中滴加濃度為0.01mol/L的硝酸銀溶液，體系中Ag+相對(duì)Zn2+摩爾含量的調(diào)節(jié)范圍為I 7% ; (3)按照Z(yǔ)n2+與011_摩爾比為I: 20的量向步驟⑵所得溶液中加入lmol/L的氫氧化鈉溶液； (4)將最終獲得的懸浮液移入超聲容器中超聲處理I小時(shí)，超聲頻率調(diào)節(jié)范圍為45kHz IOOkHz ； (5)離心分離出最終沉淀； (6)將(5)所得沉淀用去離子水洗滌，直至洗滌廢液pH值等于7 8; (7)在室溫下干燥獲得最終產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備納米Ag/ZnO光催化材料的簡(jiǎn)便方法，將醋酸鋅與檸檬酸按質(zhì)量比1∶5.5混合后溶于的去離子水中，配成Zn2+濃度為0.015mol/L的溶液；在溶液中滴加濃度為0.01mol/L的硝酸銀溶液，體系中Ag+相對(duì)Zn2+摩爾含量的調(diào)節(jié)范圍為1～7％；按照Z(yǔ)n2+與OH-摩爾比為1∶20的量加入1mol/L的氫氧化鈉溶液；將最終獲得的懸浮液移入超聲容器中超聲處理1小時(shí)，超聲頻率調(diào)節(jié)范圍為45kHz～100kHz；離心分離出最終沉淀，并用去離子水洗滌；最后在室溫下干燥獲得最終產(chǎn)品。與傳統(tǒng)的納米材料制備方法相比，具有操作簡(jiǎn)便、過(guò)程易于控制、成本低、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。采用該發(fā)明制備的納米Ag/ZnO材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，光催化性能好所制備的樣品對(duì)羅丹明B的紫外光降解反應(yīng)表現(xiàn)出良好的活性。
文檔編號(hào)B01J23/66GK102614876SQ20121005833
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月7日
發(fā)明者孟明, 朱英明, 來(lái)佑磊 申請(qǐng)人:天津大學(xué)