一种掺杂型ZrO2类球状微纳结构粉体的制备方法及其制得的产品

本发明涉及光催化剂，尤其涉及一种掺杂型zro2类球状微纳结构粉体的制备方法及其制得的产品。

背景技术：

1、随着人口的不断增长以及工业和农业不断地前进，世界上淡水资源中有机污染物不断上升。其中，工业废水排放的污染物中大多数都伴随着各种颜色和有毒性质，废水染料的排放已经给很多国家的水资源造成严重污染，这些染料的去除和净化淡水资源已迫在眉睫。然而，传统的水处理方法效率低、处理过程复杂，还存在二次污染等多种问题。光催化技术的应运而生，为水污染技术提供了一种新型绿色途径，纳米光催化剂在光催化技术领域显示出巨大潜力和长久的生命力。但常规的纳米催化剂存在着制备工艺复杂，易团聚、难回收及光能利用率低等问题。因此，寻求一些新型且高效，制备工艺简单的光催化剂对于环境保护和水污染治理均具有非常重要的社会价值。

2、zro2同时具有酸性位和碱性位，且其既具有氧化性又具有还原性，它是p型半导体，易产生氧空位，可作为光催化剂降解有机物，因此zro2催化剂具有广阔的应用前景。但是氧化锆制备方法复杂，成本较高；导电能力差、禁带宽度大、无法吸收可见光等缺点限制了它在光催化领域的应用，因此寻找一种简单制备氧化锆微球的工艺方法，既能解决纳米光催化剂难回收的问题，又使氧化锆由紫外区移到可见光区域从而解决光能利用率低等问题就显得十分有意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种操作方法简单、成本低的掺杂型zro2类球状微纳结构粉体的制备方法，通过溶剂热法利用羽毛表面所含丰富羟基等特性使其形成球形，并将fe和ag共掺使其拓宽到可见光范围，从而获得具有优异的可见光光催化性能、同时便于回收可多次重复使用的zro2类球状微纳结构粉体光催化剂材料。本发明的另一目的在于提供利用上述掺杂型zro2类球状微纳结构粉体的制备方法制得的产品。

2、本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

3、本发明提供的一种掺杂型zro2类球状微纳结构粉体的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)将活性羽毛加入蒸馏水和乙醇中，按照摩尔比活性羽毛∶蒸馏水∶乙醇＝1∶50～100∶5～12，搅拌至均匀，得到含羽毛的前驱体溶液a；

5、(2)将八水氯氧化锆、铁的化合物和硝酸银溶解于蒸馏水中，然后加入乙醇，搅拌至均匀得到溶液b，按照摩尔比八水氯氧化锆∶蒸馏水∶乙醇∶铁的化合物∶硝酸银＝1∶10～30∶5～15∶0.01～0.03∶0.01～0.03；

6、(3)按照质量比活性羽毛∶八水氯氧化锆＝1∶80～170，将所述溶液b在搅拌状态下加入含羽毛的前驱体溶液a中，加入碱性溶液调节体系ph值为10～11，搅拌混合后，放于水热釜中，在180～200℃下保温24～36h，反应产物用乙醇和蒸馏水洗涤后，在真空箱中进行干燥，即得到掺杂fe和ag的zro2类球状微纳结构粉体。

7、上述方案，本发明所述活性羽毛是将废弃羽毛用蒸馏水和乙醇溶液浸泡后，经过滤和干燥后制得，废弃羽毛为鸡毛、鸭毛或鹅毛。所述铁的化合物为硝酸铁、氯化铁或硫酸铁。所述碱性溶液为氨水、naoh、koh中的一种或其组合。所述步骤(3)中搅拌混合的时间为10～15min；反应产物用乙醇和蒸馏水共洗涤6～9次；干燥温度为60～80℃。

8、本发明利用上述掺杂型zro2类球状微纳结构粉体的制备方法制得的产品。

9、本发明具有以下有益效果：

10、(1)本发明采用廉价原料通过溶剂热法制备了类球状zro2微纳结构粉体，利用活性羽毛表面的羟基键促使溶液中的zro2粒子聚集从而形成尺寸较大的类球状结构。由于其组成单元为纳米颗粒，不仅保留了纳米结构的高光催化活性，而且通过fe、ag掺杂工艺，使其晶格畸变促使可见光利用率得以大幅度提高，从而获得了zro2高效可见光光催化剂(其可见光下的降解效率k为0.01782～0.01884min-1)。本发明工艺路线简单，无需特殊装置，便于操作，所制备的掺杂改性zro2粉体可控性强，具有优异的可见光光催化性能，同时便于回收，可多次重复使用。

11、(2)本发明填补了有关球状zro2微纳结构粉体的制备、结构和特性研究的空白，对于zro2光催化技术的研究、应用和发展具有重要的意义。

技术特征：

1.一种掺杂型zro2类球状微纳结构粉体的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的掺杂型zro2类球状微纳结构粉体的制备方法，其特征在于：所述活性羽毛是将废弃羽毛用蒸馏水和乙醇溶液浸泡后，经过滤和干燥后制得，废弃羽毛为鸡毛、鸭毛或鹅毛。

3.根据权利要求1所述的掺杂型zro2类球状微纳结构粉体的制备方法，其特征在于：所述铁的化合物为硝酸铁、氯化铁或硫酸铁。

4.根据权利要求1所述的掺杂型zro2类球状微纳结构粉体的制备方法，其特征在于：所述碱性溶液为氨水、naoh、koh中的一种或其组合。

5.根据权利要求1所述的掺杂型zro2类球状微纳结构粉体的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中搅拌混合的时间为10～15min；反应产物用乙醇和蒸馏水共洗涤6～9次；干燥温度为60～80℃。

6.利用权利要求1-5之一所述掺杂型zro2类球状微纳结构粉体的制备方法制得的产品。

7.根据权利要求6所述的产品，其特征在于：所述粉体产品呈为类球状微纳结构，其组成单元为粒径为3～5nm的纳米颗粒。

技术总结
本发明公开了一种掺杂型ZrO<subgt;2</subgt;类球状微纳结构粉体的制备方法及其制得的产品，采用溶剂热法通过活性羽毛和掺杂Fe、Ag的特殊工艺获得了掺杂型ZrO<subgt;2</subgt;类球状微纳结构粉体光催化剂材料。本发明工艺路线简单，成本低，无需特殊装置，便于操作，所制备的类球状ZrO<subgt;2</subgt;微纳结构粉体产量高，可控性强，具有优异的可见光光催化性能，同时便于回收，可多次重复使用，有利于在工业领域获得较高的使用价值和经济效益，对于ZrO<subgt;2</subgt;光催化技术的研究、应用和发展具有重要的意义。

技术研发人员：董伟霞,李萍,徐晨浪,包启富,顾幸勇
受保护的技术使用者：景德镇陶瓷大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15