具有光催化性能的ZnCo2O4/ZnIn2S4花状纳米纤维催化剂及其制备方法和应用

本发明属于光催化，尤其涉及具有光催化性能的znco2o4/znin2s4花状纳米纤维催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、水体污染和能源短缺已经成为人类面临的重要问题。抗生素主要应用于人类、禽畜的疾病预防与治疗、农业病害防治以及水产养殖等途径。水污染防治已经变得极为重要，需要一种新技术来处理水污染问题。

2、近几十年来，随着全球能源需求的持续增长，寻找新能源的研究越来越受到人们的关注。氢能，它作为二次能源，具有清洁、高效、安全、可贮存、可运输等诸多优点，已普遍被人们认为是一种最理想的新世纪无污染的绿色能源，光催化产氢技术作为一种新型绿色化学技术，因此受到了当今社会的高度重视。

3、钴酸锌、硫铟锌都是一种重要的金属盐，具有良好的光学、化学和电子结构性能，在可见光条件下具有良好的光催化性能，硫铟锌的禁带宽度较窄，但是纯的硫铟锌光生电子-空穴分离速率太慢，光生电子和光生空穴结合较快，对分解水产氢有着巨大影响，而且纯硫铟锌极容易发生光腐蚀，极大限制了其在实际中的大范围应用。因此，开发一种新型光催化剂成为了研究重点。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的在于提供具有光催化性能的znco2o4/znin2s4花状纳米纤维催化剂及其制备方法和应用，旨在解决背景技术中指出的现有技术存在问题。

2、本发明实施例是这样实现的，一种具有光催化性能的znco2o4/znin2s4花状纳米纤维催化剂的制备方法，包括以下步骤：将聚乙烯吡咯烷酮k-90(pvp k-90)、n-n二甲基甲酰胺(dmf)、乙酸钴及聚乙烯吡咯烷酮k-90(pvp k-90)、n-n二甲基甲酰胺(dmf)、乙酸锌分别搅拌均匀后，进行同轴静电纺丝，得到pvp/znco2o4复合纳米纤维。将pvp/znco2o4复合纳米纤维放入马弗炉中进行煅烧后得到znco2o4纳米管。将znco2o4纳米纤维置入溶解有氯化铟、氯化锌、硫代乙酰胺(taa)的圆底烧瓶中油浴得到具有光催化性能znco2o4/znin2s4花状纳米纤维光催化剂。

3、作为本发明实施例的另一种优选方案，所述的乙酸钴、乙酸锌、pvp k-90、dmf的质量比为(400~800):(200~400):(2000~4000):(1500~3000)。氯化锌、氯化铟、硫代乙酰胺(taa)的摩尔比为1:2:4 ，甘油、水的体积比为(1~6):(7~12)

4、作为本发明实施例的另一种优选方案，乙酸钴、乙酸锌、pvp k-90加入到dmf后，在室温下搅拌反应3~9 h。

5、作为本发明实施例的另一种优选方案，煅烧pvp/znco2o4复合纳米纤维过程中，样品放置于坩埚中，将坩埚置于马弗炉中，控制以1 ℃/min的升温速度升温至300~500 ℃，并在300~500 ℃温度下煅烧1~3 h。

6、作为本发明实施例的另一种优选方案，所述的乙酸钴、乙酸锌的摩尔比为2:1。

7、作为本发明实施例的另一种优选方案，所述氯化铟、氯化锌采用无水氯化铟和无水氯化锌。

8、本发明实施例的另一目的在于提供一种采用上述方法制备得到的具有光催化性能的znco2o4/znin2s4花状纳米纤维。

9、作为本发明实施例的另一种优选方案，所述的znco2o4/znin2s4花状纳米纤维催化剂的直径为200 nm~300 nm。在可见光的照射下，其具备良好的产氢性能，还能降解水中染料、抗生素。

10、本发明实施例的另一目的在于提供一种采用上述方法制备得到的具有光催化性能的znco2o4/znin2s4花状纳米纤维催化剂在产氢和降解水中染料、抗生素中的应用。

11、本发明的znco2o4/znin2s4花状纳米纤维催化剂具有稳定的结构，良好的分散性和吸附性等特点，有利于在界面间分离和传输光生电子及抑制光生电子-空穴对的复合；本发明的制备方法简单、成本低廉，所制备的znco2o4/znin2s4花状纳米纤维催化剂在可见光的照射下，具有优异的产氢性能，在光照两小时内，h2的产率高达7230 μmol/g/h。还能够有效降解土霉素(otc)、左氧氟沙星(lev)、环丙沙星(cpf)、以及染料亚甲基蓝(mb)、活性红2(rr2)，在90分钟内，降解性能达到82%~97%。另外，本发明的znco2o4/znin2s4花状纳米纤维催化剂还具有易回收，操作方便等特点。

技术特征：

1.一种znco2o4/znin2s4花状纳米纤维光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:将聚乙烯吡咯烷酮k-90(pvp k-90)、n-n二甲基甲酰胺(dmf)和乙酸钴及乙酸锌分别搅拌均匀后，进行同轴静电纺丝，得到pvp/znco2o4复合纳米纤维。将pvp/znco2o4复合纳米纤维放入马弗炉中进行煅烧后得到znco2o4纳米纤维。将znco2o4纳米管置入溶解有氯化锌、氯化铟、硫代乙酰胺(taa)的圆底烧瓶中进行油浴，得到具有光催化性能的znco2o4/znin2s4花状纳米纤维光催化剂。

2.根据权利要求1所述的具有光催化性能的znco2o4/znin2s4花状纳米纤维光催化剂的制备方法，其特征在于，所述的乙酸钴、乙酸锌、pvp (k-90)、dmf的质量比为(400~800):(200~400): (2000~4000):(1500~3000)。甘油、水的体积比为(1~6):(7~12)。

3.根据权利要求1所述的具有光催化性能的znco2o4/znin2s4花状纳米纤维光催化剂的制备方法，其特征在于，将乙酸钴、乙酸锌、pvp k-90加入到dmf后，在室温下搅拌反应3~9h。

4.根据权利要求1所述的具有光催化性能的znco2o4/znin2s4花状纳米纤维光催化剂的制备方法，其特征在于，煅烧pvp/znco2o4复合纳米纤维过程中，样品放置于坩埚中，将坩埚置于马弗炉中，控制以1 ℃/min的升温速度升温至300~500 ℃，并在300~500 ℃温度下煅烧1~3 h得znco2o4纳米纤维。

5.根据权利要求1所述的具有光催化性能的znco2o4/znin2s4花状纳米纤维光催化剂的制备方法，其特征在于,将znco2o4、氯化锌、氯化铟、硫代乙酰胺(taa)均匀分散在装有7~12ml水和1~6 ml甘油混合溶液的圆底烧瓶中。油浴过程中，在60~100 ℃下搅拌1~3 h。

6.根据权利要求1所述的具有光催化性能的znco2o4/znin2s4花状纳米纤维光催化剂的制备方法，其特征在于，所述的氯化锌、氯化铟、硫代乙酰胺(taa)的摩尔比为1:2:4。

7.根据权利要求1所述的具有光催化性能的znco2o4/znin2s4花状纳米纤维光催化剂的制备方法，其特征在于，所述氯化锌、氯化铟采用无水氯化锌和无水氯化铟。

8.一种如权利要求1~7任一所述的方法制备得到的具有光催化性能的znco2o4/znin2s4花状纳米纤维催化剂。

9.根据权利要求8所属的具有光催化性能的znco2o4/znin2s4花状纳米纤维催化剂，其特征在于，所述的znco2o4/znin2s4花状纳米纤维催化剂的直径为200 nm~400 nm。

10.一种如权利要求8或9所述的具有光催化性能的znco2o4/znin2s4花状纳米纤维催化剂在光催化产氢和降解水中染料、抗生素中的应用。

技术总结
本发明适用于光催化技术领域。提供了具有光催化性能的ZnCo2O4/ZnIn2S4花状纳米纤维催化剂及其制备方法和应用。具有光催化性能的ZnCo2O4/ZnIn2S4花状纳米纤维催化剂的制备方法。包括以下步骤：将前驱体溶液进行静电纺丝得到PVP/ZnCo2O4复合纳米纤维。经煅烧得到ZnCo2O4。置入溶解有ZnCl2、InCl2、TAA的圆底烧瓶中进行油浴得到ZnCo2O4/ZnIn2S4花状纳米纤维。本发明的ZnCo2O4/ZnIn2S4花状纳米纤维催化剂具有合适的能带结构、无毒、成本低、稳定性好等优点。且比表面积大、吸附能力强，电子的传输性能好。所制备的ZnCo2O4/ZnIn2S4花状纳米纤维催化剂在可见光照射下，具有优异的产氢性能。在光照两小时内，H2的产率高达7230μmol/g/h，还可以有效降解土霉素(OTC)、左氧氟沙星(LEV)、环丙沙星(CPF)等抗生素以及染料亚甲基蓝（MB）、活性红2(RR2)等。

技术研发人员：陈哲,郑凯,陈峰,尉兵,林东尧,刘风磊
受保护的技术使用者：吉林化工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15