一种纳米氧化锌光催化剂的制备及应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种纳米氧化锌光催化剂的制备方法及其应用，该方法以二水合醋酸锌、二甘醇为原料，任选在水的存在下，采用水解法一步合成了纳米氧化锌（ZnO）光催化剂，此方法合成路线短，条件温和，操作简单，制得的纳米ZnO光催化剂在紫外及可见光波长范围内具有良好的光催化性能，尤其在染料污水处理方面具有良好的应用前景。
【专利说明】一种纳米氧化锌光催化剂的制备及应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及化学领域，特别涉及一种治理废水污染的光催化剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着光化学技术的发展和进步，能源和环境污染问题一直受到人们的普遍关注。工业污染治理技术的要求提高，光催化技术在环境治理方面的研究也越来越多。利用太阳能源光催化降解污染物已经是人们研究的热点之一。半导体材料在光的照射下，通过把光能转化为化学能促进化合物的合成或使化合物降解，这就是所谓的光催化技术。目前，利用半导体材料进行光催化来消除环境污染物被视为最具有潜力和价值的途径。
[0003]然而，传统的光催化剂，例如其中最具有代表性的材料TiO2只是对紫外光具有较高的光催化活性，在可见光下的催化活性较低，因此，开发对可见光具有较高光催化活性的新型材料已经越来越受到重视。
[0004]现有技术中存在使用二水合醋酸锌制备可见光氧化锌的方法，如中国专利200410077519.6，公开了一种具有可见光活性的氧化锌催化剂制备方法，其使用二水乙酸锌和聚乙烯吡咯烷酮作为反应原料，乙二醇作为溶剂，加热搅拌并回流后抽滤，再焙烧处理制得氧化锌。但该方法操作步骤繁琐，在制备过程中需要强力搅拌，再用煅烧的方法制备氧化锌材料，不仅需要消耗大量能源，而且会造成噪声污染等其它环境污染，同时用该方法制备得到的氧化锌的催化效率不匀衡。
[0005]又如中国专利201110175066.0，公开了一种具有光催化活性的氧化锌纳米棒及其制备方法，该方法以二水合醋酸锌和一水合氢氧化锂为原料，用溶胶凝胶法制备出氧化锌溶胶，陈化数日得到氧化锌晶种；制备氧化锌纳米棒，将六水合硝酸锌和六次甲基四胺溶于水中，得溶液A，再取一定量的上述制备的氧化锌晶种加入到溶液A中，得溶液B ;将溶液B加热反应后自然冷却至室温，将沉淀过滤，洗涤，干燥，即得氧化锌纳米棒。但该方法制备纳米氧化锌的周期长，采用六水合硝酸锌和六次甲基四胺等多种化学试剂，操作复杂，而且溶液体系的成分多，选择性差并且后处理过程繁琐。
[0006]因此亟待开发一种步骤简单、产率高、光催化效率高的纳米氧化锌的方法。
【发明内容】
[0007]为了克服上述问题，本发明以二水合醋酸锌和表面活性剂二甘醇为原料，任选在水的存在下，采用超声波辅助处理水解法，最终合成了可作为光催化剂的纳米氧化锌，从而完成本发明。
[0008]本发明的目的在于提供以下几方面:
[0009]第一方面，本发明提供一种纳米氧化锌光催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤:
[0010]( I)将二水合醋酸锌或其水溶液加入二甘醇或其水溶液中，二水合醋酸锌的重量、二甘醇的体积与水的体积三者之比为(I?5)g:(20?120)mL: (40?240)mL，超声振荡的频率为20~130KHz，将溶液超声振荡I~10小时，产生沉淀物；
[0011](2)将步骤(1)得到的沉淀物进行离心、乙醇洗涤和水洗涤，然后在40~200°C下干燥，获得纳米氧化锌光催化剂，所述氧化锌的平均粒径范围为5nm~50nm。
[0012]第二方面，本发明还提供由上述方法制备的纳米氧化锌作为光催化剂在治理污水，尤其是在治理染料污水方面的应用。
[0013]以下详细描述本发明。
[0014]根据本发明，提供一种纳米氧化锌光催化剂的制备方法，该方法使用二水合醋酸锌和二甘醇作为反应原料，在超声辅助振荡的条件下使二水合醋酸锌在表面活性剂二甘醇中发生水解反应，生成氢氧化锌，氢氧化锌在超声振荡的条件下脱水转化为氧化锌沉淀，再将该沉淀分离、洗涤、干燥，制得纳米氧化锌光催化剂。
[0015]不受任何理论的束缚，认为二水合醋酸锌和二甘醇在水的存在下，在本发明条件下发生了如下反应:
[0016]
【权利要求】
1.一种纳米氧化锌光催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: (1)将二水合醋酸锌或其水溶液加入二甘醇或其水溶液中，二水合醋酸锌的重量、二甘醇的体积与水的体积三者之比为(I?5)g:(20?120)mL: (40?240)mL，超声振荡的频率为20?130KHz，将溶液超声振荡I?10小时，产生沉淀物； (2)将步骤(I)得到的沉淀物进行离心、乙醇洗涤和水洗涤，然后在40?200°C下干燥，获得纳米氧化锌光催化剂，所述氧化锌的平均粒径范围为5nm?50nm。
2.根据权利要求1所述的纳米氧化锌光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(I)中二水合醋酸锌的重量、二甘醇的体积与水的体积三者之比优选为(I?3) g: (30?100) mL:(60 ?200) mL，更优选为(I ?2) g: (40 ?80)mL: (80 ?160) mL。
3.根据权利要求1或2所述的治理污染的纳米氧化锌光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(I)中超声振荡的频率优选为40?ΙΟΟΚΗζ，更优选为60?80KHz，例如70KHz。
4.根据权利要求1至3之一所述的纳米氧化锌光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中超声振荡的间优选为2?8小时，更优选为3?5小时。
5.根据权利要求1至4之一所述的纳米氧化锌光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中离心的转速为5000?20000r/min，优选6000?15000r/min，更优选8000?12000r/min,例如 10000r/min。
6.根据权利要求1至5之一所述的纳米氧化锌光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述乙醇可以是无水乙醇，也可以是含有乙醇的水溶液，例如75%以上的乙醇，例如95%以上的乙醇。
7.根据权利要求1至6之一所述的纳米氧化锌光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中干燥的温度为50?150°C，优选为70?120°C。
8.根据权利要求1至7之一所述的纳米氧化锌光催化剂的制备方法，其特征在于，所述纳米氧化锌的 XRD 谱图中，在约 31.7° ,34.4° ,36.2°、47.5。,56.5° ,62.8° ,67.9° 和69.0°位置有衍射峰。
9.根据权利要求1至8之一所述的纳米氧化锌光催化剂的制备方法，其特征在于，所述纳米氧化锌的平均粒径范围为6nm?30nm,更优选为8nm?20nm,例如IOnm?15nm。
10.一种由权利要求1至9之一所述方法制备的纳米氧化锌在治理污水方面的应用，尤其是在治理染料污水方面的应用。
【文档编号】C02F103/30GK103816885SQ201410058590
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月20日 优先权日:2014年2月20日
【发明者】崔玉民, 李慧泉, 苗慧 申请人:阜阳师范学院