基于一步煅燒法制備的煙花狀納米ZnO光催化劑及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光催化劑，具體涉及一種基于一步煅燒法制備的煙花狀納米ZnO光催化劑及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年要生產(chǎn)約一百萬(wàn)噸的有機(jī)染料來(lái)滿足紡織、食品以及化妝品等行業(yè)的需求，而在生產(chǎn)加工過(guò)程中，占有相當(dāng)比重的一部分染料會(huì)隨著工業(yè)廢水的排出，進(jìn)入河流和海洋。為滿足可持續(xù)發(fā)展的需要，如何對(duì)這些被污染的廢水進(jìn)行脫色和凈化處理就變得至關(guān)重要。近年來(lái)，用半導(dǎo)體材料作為光催化劑來(lái)處理水體中有機(jī)污染物的發(fā)展十分迅速。ZnO作為一種寬禁帶(3.2 eV)半導(dǎo)體氧化物，具有光催化效率高，對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，受到人們的廣泛關(guān)注。但是，ZnO作為光催化劑，其表面一般都存在大量的表面缺陷，這些缺陷在能量禁阻的帶隙中會(huì)引入許多表面態(tài)，它們可以捕獲電子或空穴，嚴(yán)重影響納米微粒的光催化性能。
[0003]然而，微米級(jí)的棒狀ZnO由于其缺陷少，主要是單晶結(jié)構(gòu)，不僅適用于做光電子器件，更有助在催化領(lǐng)域中的應(yīng)用。目前，常用的制備微米級(jí)棒狀ZnO的方法主要有水/溶劑熱法，化學(xué)氣相沉積法，電化學(xué)沉積法等，Ge等采用微波輔助水熱法，通過(guò)外加栗的作用，以10ml/min的速度向反應(yīng)裝置中加入前驅(qū)體溶液，在640W功率下反應(yīng)3h制備得到長(zhǎng)度約
5.4m 的 ZnO 納米線(Ge X, Hong K, Zhang J, et al.Materials Letters, 2015, 139:119-121.) ;Kuo等以Au為催化劑，利用化學(xué)氣相沉積法在硅片表面生長(zhǎng)出長(zhǎng)達(dá)85-100 μπι的超長(zhǎng)ZnO納米線陣列，使用自然光作為光源降解羅丹明B溶液，光照6h后羅丹明B溶液的降解率僅達(dá)到 65%(Kuo T.J., Lin C.N., Kuo C.L., et al.Chem.Mater., 2007，19(21)，5143.)。這些常用的制備微米級(jí)棒狀ZnO的工藝條件相對(duì)苛刻且復(fù)雜，得到的產(chǎn)物純度低、性能差；或者所需原料為高純度金屬鋅，成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種基于一步煅燒法制備的煙花狀納米ZnO光催化劑及其方法，在簡(jiǎn)化工藝、降低成本的基礎(chǔ)上得到具有良好光催化活性的煙花狀納米ZnO光催化劑。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
基于一步煅燒法制備煙花狀納米ZnO光催化劑的方法，其特征在于:
由以下步驟實(shí)現(xiàn):
將二水合醋酸鋅置于陶瓷坩禍中，二水合醋酸鋅的體積與坩禍的總?cè)莘e比例為(1-3):60，蓋上坩禍蓋，然后置于箱式電阻爐爐腔中，由室溫加熱至300-500°C后，煅燒l_2h，逐漸降至室溫，即在坩禍壁上生成煙花狀納米ZnO。
[0006]如所述的基于一步煅燒法制備煙花狀納米ZnO光催化劑的方法制備的煙花狀納米ZnO光催化劑。
[0007]煙花狀納米ZnO光催化劑整體形貌呈現(xiàn)煙花狀，由長(zhǎng)度為1~8 μπκ直徑為10~80nm的納米棒自組裝而成。
[0008]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明以二水合醋酸鋅為鋅源，采用一步煅燒法獲得了一種工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、尺寸均勻、在可見(jiàn)光作用下具有良好光催化活性的煙花狀納米ZnO光催化劑，具有產(chǎn)物純度高、制備體系穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)可行、適用于大面積制備等優(yōu)點(diǎn)，為工業(yè)化生產(chǎn)高純度的煙花狀納米ZnO光催化劑提供了技術(shù)條件。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1a:實(shí)施例1制備的煙花狀納米ZnO的SEM照片(X 5000)。
[0010]圖1b:實(shí)施例1制備的煙花狀納米ZnO的SEM照片(X 10000)。
[0011]圖2a:實(shí)施例2制備的煙花狀納米ZnO的SEM照片(X 5000)。
[0012]圖2b:實(shí)施例2制備的煙花狀納米ZnO的SEM照片(X 10000)。
[0013]圖3a:實(shí)施例3制備的煙花狀納米ZnO的SEM照片(X 5000)。
[0014]圖3b:實(shí)施例3制備的煙花狀納米ZnO的SEM照片(X 10000)。
[0015]圖4a:實(shí)施例4制備的煙花狀納米ZnO的SEM照片(X5000)。
[0016]圖4b:實(shí)施例4制備的煙花狀納米ZnO的SEM照片(X 10000)。
[0017]圖5:實(shí)施例3制備的煙花狀納米ZnO的X射線衍射圖(XRD)。
[0018]圖6:實(shí)施例3制備的煙花狀納米ZnO，光催化降解甲基橙溶液，其吸光度值在250~650nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)隨光照時(shí)間的變化圖。
[0019]圖7:實(shí)施例3制備的煙花狀納米ZnO對(duì)甲基橙溶液的光催化降解效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。
[0021]本發(fā)明涉及的基于一步煅燒法制備煙花狀納米ZnO光催化劑的方法，由以下步驟實(shí)現(xiàn):
將二水合醋酸鋅置于陶瓷坩禍中，二水合醋酸鋅的體積與坩禍的總?cè)莘e比例為(1-3):60，蓋上坩禍蓋，然后置于箱式電阻爐爐腔中，由室溫加熱至300-500°C后，煅燒l_2h，逐漸降至室溫，即在坩禍壁上生成煙花狀納米ZnO。
[0022]所得煙花狀納米ZnO光催化劑整體形貌呈現(xiàn)煙花狀，由長(zhǎng)度為1~8μπκ直徑為10~80nm的納米棒自組裝而成。由樣品的掃描電鏡照片可以看出，ZnO微米棒的分散性優(yōu)異，且長(zhǎng)徑比較高。同時(shí)，ZnO微米棒表面缺陷的減少，可以有效降低光生電子和空穴的復(fù)合，進(jìn)而提高ZnO對(duì)可見(jiàn)光的利用率，這對(duì)于提高納米ZnO光催化活性提供了切實(shí)可行的參考依據(jù)。
[0023]實(shí)施例1:將二水合醋酸鋅(二水合醋酸鋅的體積與坩禍的總?cè)莘e比例為1:60)置于陶瓷坩禍中，蓋上坩禍蓋，然后置于箱式電阻爐爐腔中，由室溫加熱至300°C后，煅燒lh，逐漸降至室溫；即在坩禍壁上生成煙花狀納米ZnO。
[0024]圖la、圖1b分別是本實(shí)例所制備的煙花狀納米ZnO 5000倍和10000倍的掃描電鏡照片(SEM);由圖可知:本實(shí)例所制得的ZnO微米棒分散性好，其直徑為20-40nm，長(zhǎng)度為2-5μ mD
[0025]實(shí)施例2:將二水合醋酸鋅(二水合醋酸鋅的體積與坩禍的總?cè)莘e比例為2:60)置于陶瓷坩禍中，蓋上坩禍蓋，然后置于箱式電阻爐爐腔中，由室溫加熱至350°C后，煅燒
1.5h，逐漸降至室溫；即在坩禍壁上生成煙花狀納米ZnO。
[0026]圖2a、圖2b分別是本例制備的煙花狀納米ZnO 5000倍和10000倍的掃描電鏡照片(SEM);由圖可知:本實(shí)例所制得的ZnO微米棒分散性好，其直徑為40-80nm，長(zhǎng)度為4-7 μ mD
[0027]實(shí)施例3:將二水合醋酸鋅(二水合醋酸鋅的體積與坩禍的總?cè)莘e比例為3:60)置于陶瓷坩禍中，蓋上坩禍蓋，然后置于箱式電阻爐爐腔中，由室溫加熱至400°C后，煅燒2h，逐漸降至室溫；即在坩禍壁上生成煙花狀納米ZnO。
[0028]圖3a、圖3b分別是本例制備的煙花狀納米ZnO 5000倍和10000倍的掃描電鏡照片(SEM);由圖可知:本實(shí)例所制得的ZnO微米棒分散性好，其直徑為10-30nm，長(zhǎng)度為
3-8μ mD
[0029]實(shí)施例4:將二水合醋酸鋅(二水合醋酸鋅的體積與坩禍的總?cè)莘e比例為3:60)置于陶瓷坩禍中，蓋上坩禍蓋，然后置于箱式電阻爐爐腔中，由室溫加熱至500°C后，煅燒2h，逐漸降至室溫；即在坩禍壁上生成煙花狀納米ZnO。
[0030]圖4a、圖4b是本例制備的煙花狀納米ZnO 5000倍和10000倍的掃描電鏡照片(SEM);由圖可知:本實(shí)例所制得的ZnO微米棒分散性不佳，且局部納米棒堆積，微米棒的直徑為30_60nm，長(zhǎng)度為1-3 μ mD
[0031]利用煙花狀納米ZnO光催化劑進(jìn)行光催化實(shí)驗(yàn):
將實(shí)例3中制備的光催化劑(30mg)放入裝有50mL濃度為10mg/L的甲基橙(分析純，阿拉丁中國(guó)化學(xué)試劑有限公司)溶液置于10mL石英試管中。開(kāi)啟磁力攪拌器，暗反應(yīng)60min后，打開(kāi)氙燈光源(BL-GHX-V西安比朗生物科技有限公司，500W)，進(jìn)行光催化反應(yīng)。每隔30min用移液槍從試管中取出3mL降解液，在轉(zhuǎn)速為8500r/min的離心機(jī)(TG16-WS臺(tái)式離心機(jī)，北京醫(yī)用離心機(jī)廠)離心5min，將上清液用移液槍移至石英比色皿中，用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)(TU-1900，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)測(cè)試溶液的吸收光譜。光催化降解效率=(A0-At) / A0 X 100% (A。為甲基橙溶液光照前的吸光度值，AtS甲基橙溶液光照射t時(shí)間后的吸光度值)計(jì)算得到。
[0032]圖5為實(shí)例3制備的煙花狀納米ZnO樣品的X射線衍射圖(XRD)油圖可知:樣品為六方相纖鋅礦ZnO (標(biāo)準(zhǔn)卡片JCPDS 36-1451)，沒(méi)有出現(xiàn)其他雜質(zhì)峰，且樣品純度較高。
[0033]圖6為實(shí)例3制備的煙花狀納米ZnO光催化劑光催化降解甲基橙溶液，在250~650nm范圍內(nèi)測(cè)試吸光度值隨光照時(shí)間變化的圖。由圖可知:甲基橙的最大特征吸收峰為465nm，隨光照時(shí)間的延長(zhǎng)，甲基橙逐漸被降解。
[0034]圖7為實(shí)例3制備的煙花狀納米ZnO光催化劑光催化降解甲基橙溶液，其降解效率隨光照時(shí)間變化。由圖可知，煙花狀納米ZnO光催劑的光催化活性良好，可見(jiàn)光照射210min后甲基橙溶液的降解率約達(dá)80%。
[0035]本發(fā)明的內(nèi)容不限于實(shí)施例所列舉，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通過(guò)閱讀本發(fā)明說(shuō)明書(shū)而對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于一步煅燒法制備煙花狀納米ZnO光催化劑的方法，其特征在于: 由以下步驟實(shí)現(xiàn): 將二水合醋酸鋅置于陶瓷坩禍中，二水合醋酸鋅的體積與坩禍的總?cè)莘e比例為(1-3):60，蓋上坩禍蓋，然后置于箱式電阻爐爐腔中，由室溫加熱至300-500°C后，煅燒l_2h，逐漸降至室溫，即在坩禍壁上生成煙花狀納米ZnO。2.如權(quán)利要求1所述的基于一步煅燒法制備煙花狀納米ZnO光催化劑的方法制備的煙花狀納米ZnO光催化劑。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于一步煅燒法制備的煙花狀納米ZnO光催化劑，其特征在于: 煙花狀納米ZnO光催化劑整體形貌呈現(xiàn)煙花狀，由長(zhǎng)度為1~8 μπκ直徑為10~80nm的納米棒自組裝而成。
【專利摘要】本發(fā)明涉及基于一步煅燒法制備煙花狀納米ZnO光催化劑及其方法?，F(xiàn)有的微米級(jí)棒狀ZnO制備工藝條件苛刻復(fù)雜，產(chǎn)物純度低，性能差，或原料為高純度金屬鋅，成本高。本發(fā)明將二水合醋酸鋅以（1-3）:60的容積比置于陶瓷坩堝中，蓋上坩堝蓋置于箱式電阻爐爐腔中，加熱煅燒，逐漸降至室溫，即在坩堝壁上生成煙花狀納米ZnO，由長(zhǎng)度為1~8μm、直徑為10~80nm的納米棒自組裝而成。本發(fā)明以二水合醋酸鋅為鋅源，采用一步煅燒法獲得了一種成本低廉、尺寸均勻、在可見(jiàn)光作用下具有良好光催化活性的煙花狀納米ZnO光催化劑，產(chǎn)物純度高、制備體系穩(wěn)定、適用于大面積制備，為工業(yè)化生產(chǎn)高純度納米ZnO光催化劑提供了技術(shù)支持。
【IPC分類】B01J35/02, B82Y40/00, B82Y30/00, C01G9/02, B01J23/06
【公開(kāi)號(hào)】CN104998633
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510437318
【發(fā)明人】馬建中, 趙燕茹, 劉俊莉
【申請(qǐng)人】陜西科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年10月28日
【申請(qǐng)日】2015年7月23日