一种光催化降解材料Co掺杂纳米ZnO及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种光催化降解材料Co掺杂纳米ZnO及其制备方法。该方法以Zn(NO3)2和Co(NO3)2为原料，制备步骤如下：1)将Zn(NO3)2和Co(NO3)2溶于甲醇中，在60～80℃下回流10～14h；2)将(1)中得到的沉淀先后用去离子水和无水乙醇各洗涤三次；3)将洗涤后的产物在40～60℃下干燥3～6h，得到光催化降解材料Co掺杂纳米ZnO，其化学式为Zn1-xCoxO，其中x＝0.02，0.04，0.06。本发明制备的纳米Zn1-xCoxO能够较好的光催化降解甲基橙，其最大降解率可达98.6％。
【专利说明】一种光催化降解材料Co掺杂纳米ZnO及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水处理【技术领域】，尤其涉及的是一种光催化降解材料Co掺杂纳米ZnO及其制备方法。
【背景技术】
[0002]人类进入现代社会以来，随着经济的快速增长以及工业化大生产的助推，使人类的生活发生了翻天覆地的变化。但是于此同时也给人类赖以生存的环境造成了巨大的威胁与危害，特别是工业废水的大量增加使水体污染问题十分严重，对环境造成了严重的危害。目前，各国政府已经充分意识到水污染问题的严重性，因此对该领域的研究与技术开发备
受:关注。
[0003]近年来随着研究的深入，人们发现光催化及其相关技术在环境污染治理技术、太阳能转换等诸多方面都显示出诱人的应用前景。且光催化氧化技术是一种全新的“绿色技术”，以其能耗低、操作简单、反应条件温和、氧化性强、成本低、无二次污染等特点，在环境治理方面日益受到人们的普遍重视，并成为各国产业界和学术界研究的热点。
[0004]ZnO是宽禁带直接带隙半导体材料，室温下带隙约为3.3eV，作为一种新型的光催化材料，ZnO具有无毒害，环境友好，生物相容，易于制备等优点。在光的照射下，ZnO激发后产生的电子-空穴对具有氧化、还原的能力，使有机物发生氧化还原反应后逐步被降解，最终被完全氧化成对环境友好的C02、H2O和无毒的无机小分子。
[0005]Co是过渡族金属元素，并且Co离子与Zn离子有着相近的离子半径容易进行掺杂。对ZnO进行Co掺杂不仅可以调节带隙宽度还可以引入相应的杂质能级，从而改变ZnO的光催化性能。目前人们大多集中于对Co掺杂ZnO的磁性、发光性能的研究，而对其的光催化降解研究及应用还鲜有涉及。如CN201110384810公开了一种基于Co掺杂ZnO的红光材料的制备方法及应用，研究其发光性能。CN103400676A公开了高掺杂ZnO: Co磁性半导体薄膜材料及其制备方法，研究其磁性能。本发明，利用Co掺杂ZnO作为光催化降解材料还未见报道。将这一新型材料应用于水污染处理，为治理水污染提供了一种新思路。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种光催化降解材料Co掺杂纳米ZnO及其制备方法。
[0007]本发明的技术方案如下:
[0008]一种光催化降解材料Co掺杂纳米ZnO的制备方法，其步骤如下:
[0009](I)将 Zn(NO3)JP Co(NO3)2 溶于 50 ?150ml 甲醇中，在 60 ?80°C下回流 10 ?14h ;其中，Zn/Co 的摩尔比为 0.98 ?0.94/0.02 ?0.06 ;
[0010](2)将(I)中得到的沉淀先后用去离子水和无水乙醇各洗涤三次；
[0011](3)将洗涤后的产物在40?60°C下干燥3?6h，得到光催化降解材料Co掺杂纳米 ZnO0[0012]所述的Zn/Co的摩尔比为0.98/0.02。
[0013]所述的Zn/Co的摩尔比为0.96/0.04。
[0014]所述的Zn/Co的摩尔比为0.94/0.06。
[0015]所述的制备方法制得的光催化降解材料Co掺杂纳米ZnO。
[0016]所述的光催化降解材料Co掺杂纳米ZnO的化学式为ZrvxCoxO，其中x = 0.02，
0.04,0.06。
[0017]本发明制备的纳米ZrvxCoxO能够较好的光催化降解甲基橙，其最大降解率可达98.6%。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明实施例提供的Co掺杂纳米ZnO的制备流程图；
[0019]图2为本发明实施例提供的Co掺杂纳米ZnO的XRD图；
[0020]图3为本发明实施例提供的Co掺杂纳米ZnO的TEM图；
[0021]图4为本发明实施例1提供的Zna98Coatl2O光催化降解甲基橙的效果图；
[0022]图5为本发明实施例2提供的Zna96Coatl4O光催化降解甲基橙的效果图；
[0023]图6为本发明实施例3提供的Zna94Coatl6O光催化降解甲基橙的效果图。
【具体实施方式】
[0024]以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
[0025]实施例1
[0026]将Zn(NO3)2 和 Co(NO3)2 溶于 100mL 甲醇中，其中，Zn/Co 的摩尔比为 0.98/0.02，在70°C下回流12h ;将得到的沉淀先后用去离子水和无水乙醇各洗涤三次；最后将洗涤后的产物在50°C下干燥5h，得到光催化降解材料Zna98CO(l.Q20。
[0027](I)材料配制
[0028]根据要求制备Zntl 98Coci ci2O,可通过产品化学式Zn。.98CoQ.Q20得到原料Zn(NO3)2和Co (NO3) 2的质量。
[0029](2)产品生成
[0030]将Zn(NO3)JP Co(NO3)2溶于100mL甲醇中，在70°C下回流12h。得到的沉淀先后用去离子水和无水乙醇各洗涤三次。将洗涤后的产物在50°C下干燥5h，得到光催化降解材料 Zn0.98Co0.020。
[0031 ] (3)广品性能检验
[0032]称取0.015g的Zna98Coatl2O放入50ml的试管内，然后加入配好的甲基橙溶液(20ml/L)，避光超声30min，再放置于300W的汞灯下，每15min取样，用UV725型可见分光光度计于甲基橙最大吸收波长465nm处测其吸光度。
[0033]甲基橙溶液的降解率D按如下公式计算:
[0034]D = A° A'
為
[0035]A0:初始吸光度；At:在时间为t时的吸光度。
[0036]利用X射线衍射仪对所得样品进行物相结构分析；利用透射电子显微镜对样品的形貌结构进行分析。
[0037]图2为纳米Zna98Coatl2O的XRD图。从图2可以看出，得到的产品为Zn0.98Co0.020，没有其它杂质存在。
[0038]图3为纳米Zna98Coatl2O的TEM图。从图3可以看出，纳米颗粒分布均匀，粒径大小为30nm左右。
[0039]图4为纳米Zna98Coatl2O光催化降解甲基橙效果图。从图4可知，投加纳米Zna98Coatl2O后，甲基澄的最大去除率可达98.1 %。
[0040]实施例2
[0041]将Zn(NO3)2 和 Co(NO3)2 溶于 IOOml 甲醇中，其中，Zn/Co 的摩尔比为 0.96/0.04，在70°C下回流12h ;将得到的沉淀先后用去离子水和无水乙醇各洗涤三次；最后将洗涤后的产物在50°C下干燥5h，得到光催化降解材料Zna96CO(l.Q40。
[0042](I)材料配制
[0043]根据要求制备Znci 96Coci tl4O,可通过产品化学式Zna96CoaM0得到原料Zn(NO3)2和Co (NO3) 2的质量。
[0044](2)产品生成
[0045]将Zn(NO3)JP Co(NO3)2溶于IOOml甲醇中，在70°C下回流12h。得到的沉淀先后用去离子水和无水乙醇各洗涤三次。将洗涤后的产物在50°C下干燥5h，得到光催化降解材料 Zn0.96Co0.040。
[0046](3)产品性能检验
[0047]称取0.015g的Zna96Coatl4O放入50ml的试管内，然后加入配好的甲基橙溶液(20ml/L)，避光超声30min，再放置于300W的汞灯下，每15min取样，用UV725型可见分光光度计于甲基橙最大吸收波长465nm处测其吸光度。
[0048]图5为纳米Zna96Coatl4O光催化降解甲基橙效果图。从图5可知，投加纳米Zna96Coatl4O后，甲基澄的最大去除率可达98.6%。
[0049]实施例3
[0050]将Zn(NO3)2 和 Co(NO3)2 溶于 IOOml 甲醇中，其中，Zn/Co 的摩尔比为 0.94/0.06，在70°C下回流12h ;将得到的沉淀先后用去离子水和无水乙醇各洗涤三次；最后将洗涤后的产物在50°C下干燥5h，得到光催化降解材料Zna94CO(l.Q60。
[0051](I)材料配制
[0052]根据要求制备Zna94Coatl6O,可通过产品化学式Zna94Coatl6O得到原料Zn(NO3)JPCo (NO3) 2的质量。
[0053](2)产品生成
[0054]将Zn(NO3)JP Co(NO3)2溶于IOOml甲醇中，在70°C下回流12h。得到的沉淀先后用去离子水和无水乙醇各洗涤三次。将洗涤后的产物在50°C下干燥5h，得到光催化降解材料 Zn0.94Co0.060。
[0055](3)产品性能检验
[0056]称取0.015g的Zna94Coatl6O放入50ml的试管内，然后加入配好的甲基橙溶液(20ml/L)，避光超声30min，再放置于300W的汞灯下，每15min取样，用UV725型可见分光光度计于甲基橙最大吸收波长465nm处测其吸光度。[0057]图6为纳米Zna 94Co0.C16O光催化降解甲基橙效果图。从图6可知，投加纳米Zna94Coatl6O后，甲基澄的最大去除率可达98.3%。
[0058]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种光催化降解材料Co掺杂纳米ZnO的制备方法，其特征是，其步骤如下: (1)将Zn(NO3)JPCo(NO3)2溶于5O?I5Oml甲醇中，在⑶?80°C下回流10?Hh ；其中，Zn/Co的摩尔比为0.98?0.94/0.02?0.06 ; (2)将(I)中得到的沉淀先后用去离子水和无水乙醇各洗涤三次； (3)将洗涤后的产物在40?60°C下干燥3?6h，得到光催化降解材料Co掺杂纳米ZnO0
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，Zn/Co的摩尔比为0.98/0.02。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，Zn/Co的摩尔比为0.96/0.04。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，Zn/Co的摩尔比为0.94/0.06。
5.根据权利要求1?4所述的制备方法制得的光催化降解材料Co掺杂纳米ZnO。
6.根据权利要求5所述的光催化降解材料Co掺杂纳米ZnO，其特征是，其化学式为ZrihCoxO，其中 x = 0.02，0.04，0.06。
【文档编号】B01J23/80GK103977806SQ201410208315
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月16日 优先权日:2014年5月16日
【发明者】罗驹华, 吴兆丰, 毛洪凯, 王旭, 李涛 申请人:盐城工学院