專利名稱：焦釩酸鋅中空微球的制備及其應(yīng)用的制作方法
焦釩酸鋅中空微球的制備及其應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于工程材料，納米材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是焦釩酸鋅中空微球的制備方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)納米TiO2光催化劑具有較高的電荷復(fù)合率和寬的禁帶(3. 2eV)導(dǎo)致其可見光轉(zhuǎn)換效率較低而限制了其實(shí)際應(yīng)用。目前對(duì)納米TiO2光催化劑的可見光化研究主要集中在摻雜(金屬離子和非金屬)、染料光敏化、半導(dǎo)體復(fù)合等方面，在取得了令人鼓舞的初步研究進(jìn)展的同時(shí)也存在著一些問題比如摻雜確實(shí)可以增強(qiáng)其在可見光范圍的拓展程度和吸收強(qiáng)度，但摻雜后TiO2普遍存在熱穩(wěn)定差問題，而且其光催化活性受到摻雜離子的種類、 濃度、制備方法以及后處理方法等多種因素的制約；通過染料光敏化、半導(dǎo)體復(fù)合等方法制備的催化劑大都存在著成分、形貌可控性差、材料體相或表面存在各種導(dǎo)致光生載流子復(fù)合的缺陷、在光催化降解有機(jī)物過程中還會(huì)因材料不穩(wěn)定而發(fā)生“漂白”現(xiàn)象。總之，目前國內(nèi)外對(duì)TiO2進(jìn)行了大量的改性研究，雖然有助于拓展其光吸收范圍，提高光催化量子效率及光催化性能，但是改性后的光催化活性仍不夠高，在提高直接利用太陽光的效率方面仍未取得突破性研究進(jìn)展。
半導(dǎo)體光催化的活性取決其理化性質(zhì)，在晶體網(wǎng)格缺陷中容易發(fā)生光生電子-孔穴的復(fù)合而減低其光催化活性，因此結(jié)晶度是影響光催化反應(yīng)活性的主要因素之一。顯然， 不管是對(duì)簡單半導(dǎo)體摻雜還是復(fù)合 等都存在著光生電子-孔穴易復(fù)合問題，導(dǎo)致其光催化活性不高而制約其實(shí)際應(yīng)用。因此研究開發(fā)單相、可見光響應(yīng)強(qiáng)的新型窄帶隙光催化劑成為環(huán)境科學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域需要優(yōu)先解決的研究課題。
納米焦釩酸鋅是近年來研究比較熱門的一種功能無機(jī)材料，該化合物已報(bào)道的形貌有納米帶、納米棒、納米花等，這些無機(jī)納米材料應(yīng)用于水處理領(lǐng)域存在著比表面積不夠大、粉體與水溶液不易分離等缺陷。研制比表面積大、粉體與水體易分離的焦釩酸鋅中空微球可有效解決這個(gè)應(yīng)用瓶頸。
焦鑰;酸鋅中空微球未見相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種焦釩酸鋅中空微球的制備方法及應(yīng)用，有效解決目前 TiO2作為傳統(tǒng)光催化劑在污水凈化實(shí)際應(yīng)用存在的缺陷。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的解決方案是一種焦釩酸鋅中空微球的制備方法，其具體制備步驟為步驟1、分別稱取重量比為4 6. 6 10 12. 6 :1. 2-1. 6 1的氧化鋅、氧化釩、乙二胺四乙酸及聚乙二醇；步驟2、將上列原料先后加入到40 50份氧化鋅重量的蒸餾水中，室溫?cái)嚢?，再超聲后得到的混合液；步驟3、將混合液裝入自生壓力水熱反應(yīng)釜中，在160-170攝氏度下恒溫水熱反應(yīng) 10 15小時(shí)，再自然冷卻到室溫；步驟4、最后經(jīng)過濾、水洗、烘干釜底物即得褐綠色焦釩酸鋅中空微球粉末。
所述步驟2中室溫?cái)嚢?0-50分鐘，再超聲30分鐘后得到的混合液。
所述的焦釩酸鋅中空微球可應(yīng)用于污水處理領(lǐng)域，特別是在光催化降解有機(jī)污染物方面具有顯著的性能。
采用上述方案后,本發(fā)明具有如下功效1、由于本發(fā)明所采用的氧化鋅、氧化釩以及乙二胺四乙酸等原料均為廉價(jià)、無毒試劑， 故本發(fā)明的制備工藝綠色、無二次污染、原料成本低。
2、本發(fā)明研制的光催化劑焦釩酸鋅中空微球能有效解決目前TiO2作為傳統(tǒng)光催化劑在污水凈化實(shí)際應(yīng)用存在的缺陷，如可提高可見光吸收利用率、抑制半導(dǎo)體內(nèi)部的光生電子一空穴對(duì)復(fù)合進(jìn)而提高光催化量子效率；比表面積大，有利于吸附及光催化劑降解有機(jī)污染物；在水體中極易聚沉，便于催化劑后的回收及可再生利用。
3、本發(fā)明的光催化劑焦釩酸鋅中空微球可在可見光(如太陽光)激發(fā)下能高效、深度降解污水中有機(jī)污染物，特別是難降解有機(jī)物如酚類有機(jī)物。
4、本發(fā)明方法的整個(gè)流程操作簡單，生產(chǎn)成本較低，可行性較大，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)光催化劑。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明揭示了一種焦釩酸鋅中空微球的制備方法，其是采用中溫水熱法合成，具體制備步驟如下步驟1、分別稱取重量比為4 6.6:10 12. 6 :1. 2-1. 6 :1的氧化鋅、氧化釩、乙二胺四乙酸及聚乙二醇；步驟2、將上列原料先后加入到40 50份氧化鋅重量的蒸餾水中，室溫?cái)嚢?0-50分鐘，再超聲30分鐘后得到的混合液；步驟3、將混合液裝入內(nèi)膽體積100毫升自生壓力水熱反應(yīng)釜中，在160-170攝氏度下恒溫水熱反應(yīng)10 15小時(shí)，再自然 冷卻到室溫；步驟4、最后經(jīng)過濾、水洗、烘干釜底物即得褐綠色焦釩酸鋅中空微球粉末。
由于本發(fā)明所采用的氧化鋅、氧化釩以及乙二胺四乙酸等原料均為廉價(jià)、無毒試劑，故本發(fā)明的制備工藝綠色、無二次污染、原料成本低。
利用本發(fā)明方法制備的焦釩酸鋅中空微球應(yīng)用于污水處理，具體為污水處理采用含有有機(jī)污染物(亞甲基藍(lán)和對(duì)硝基苯酚)實(shí)驗(yàn)室模擬污水，以本發(fā)明專利研制的光催化劑在日光(漳州8月份下午2 - 4點(diǎn)戶外光照)照射下研究其光催化降解、礦化效果。
本發(fā)明研制的光催化劑焦釩酸鋅中空微球能有效解決目前TiO2作為傳統(tǒng)光催化劑在污水凈化實(shí)際應(yīng)用存在的缺陷，如可提高可見光吸收利用率、抑制半導(dǎo)體內(nèi)部的光生電子一空穴對(duì)復(fù)合進(jìn)而提高光催化量子效率。此光催化劑焦釩酸鋅中空微球可在可見光 (如太陽光)激發(fā)下能高效、深度降解污水中有機(jī)污染物，特別是難降解有機(jī)物如酚類有機(jī)物等光催化劑。
采用本發(fā)明方法合成的光催化劑與類似光催化劑相比，具有明顯的優(yōu)勢(1)微球比表面積大，可達(dá)120m2/g ;微球直徑在1.2μπι左右，中空內(nèi)徑在30-50nm間；(2)對(duì)可見光吸收強(qiáng)，在400800 nm都有明顯的吸收；(3)在水體中沉降迅速，在5分鐘內(nèi)可看到明顯的沉降分層現(xiàn)象； (4)光催化降解效果顯著，以實(shí)驗(yàn)室可見光源模擬太陽光照射，1.5g. L—1的催化劑使用量對(duì)20 mg. Γ1的亞甲基藍(lán)溶液的可見光光催化降解實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，其在3個(gè)小時(shí)內(nèi)完全褪色，總有機(jī)碳(TOC)的去除率可達(dá)65% ;在降解IOmg. Γ1對(duì)硝基苯酚實(shí)驗(yàn)中，5個(gè)小時(shí)基本礦化完全。
還有，本發(fā)明整個(gè)流程操作簡單，生產(chǎn)成本較低，可行性較大，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)光催化劑。在該制備過程中采用一步法實(shí)現(xiàn)了不同金屬離子在水熱氣氛中自組裝制備焦釩酸鋅中空微球合成策略，有效解決了目前大都光催化劑多步實(shí)驗(yàn)流程、需要高溫、制備儀器要求高等弊端。
權(quán)利要求
1.一種焦釩酸鋅中空微球的制備方法，其具體制備步驟為步驟1、分別稱取重量比為4 6. 6 10 12. 6 :1. 2-1. 6 1的氧化鋅、氧化釩、乙二胺四乙酸及聚乙二醇；步驟2、將上列原料先后加入40 50份氧化鋅重量比的蒸餾水中，室溫?cái)嚢?，再超聲后得到的混合液；步驟3、將混合液裝入自生壓力水熱反應(yīng)釜中，在160 170攝氏度下恒溫水熱反應(yīng) 10 15小時(shí)，再自然冷卻到室溫；步驟4、最后經(jīng)過濾、水洗、烘干釜底物即得褐綠色焦釩酸鋅中空微球粉末。
2.如權(quán)利要求1所述焦釩酸鋅中空微球的制備方法，其特征在于所述步驟2中室溫?cái)嚢?0 50分鐘，再超聲30分鐘后得到的混合液。
3.如權(quán)利要求1或2所述的焦釩酸鋅中空微球的制備方法得到的焦釩酸鋅中空微球應(yīng)用于污水處理。
全文摘要
一種焦釩酸鋅中空微球的制備方法，其具體制備步驟為分別稱取重量比為4-6.6∶10-12.6∶1.2-1.6∶1的氧化鋅、氧化釩、乙二胺四乙酸及聚乙二醇；將所列原料加入40-50份氧化鋅重量的蒸餾水中，室溫?cái)嚢?，再超聲后得到的混合液；將混合液裝入自生壓力水熱反應(yīng)釜中，在160-170攝氏度下恒溫水熱反應(yīng)10-15小時(shí)，再自然冷卻到室溫最后經(jīng)過濾、水洗、烘干釜底物即得褐綠色焦釩酸鋅中空微球粉末應(yīng)用于污水處理。本發(fā)明的制備工藝綠色、無二次污染、原料成本低；本發(fā)明的光催化劑焦釩酸鋅中空微球能有效解決目前TiO2作為傳統(tǒng)光催化劑在污水凈化實(shí)際應(yīng)用存在的缺陷；本發(fā)明方法的整個(gè)流程操作簡單，生產(chǎn)成本較低，可行性較大，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)光催化劑。
文檔編號(hào)B01J35/08GK103011287SQ20121051206
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者郭鴻旭, 蔡文聯(lián), 翁文 申請(qǐng)人:漳州師范學(xué)院