应用于染料废水处理的Ce掺杂花状ZnO光催化剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料技术领域，具体涉及一种应用于染料废水处理的Ce掺杂花状ZnO光催化剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002]染料废水作为水体的主要污染源之一，在处理过程中存在诸多难点，比如高的COD浓度、部分有机物难降解、可生物降解性差等问题。在众多染料废水处理的技术中，半导体光催化技术具有处理效率高、不存在二次污染、处理成本低的优势，被认为是一种潜在的环境污染深度净化技术。
[0003]ZnO作为一种重要的宽禁带半导体氧化物，室温下禁带宽度为3.37eV，激子束缚能为60meV，具有常温常压下反应、氧化有机物彻底、成本低、无毒性、无二次污染等优点。但ZnO作为一种光催化剂，本身存在一些缺陷，如可见光的利用率低、光生电子复合率高等，这些缺点在一定程度上限制了 ZnO光催化的性能，因此，为充分发挥ZnO光催化剂的性能，需要拓宽ZnO的光谱响应范围。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种应用于染料废水处理的Ce掺杂花状ZnO光催化剂及其制备方法，提高其在可见光下光催化降解染料废水中的有机污染物的降解效率。
[0005]本发明所采用的技术方案是:
应用于染料废水处理的Ce掺杂花状ZnO光催化剂的制备方法，其特征在于:
由以下步骤实现:
步骤一:将8.8?9.2g氢氧化钠溶解在25mL水中得到氢氧化钠溶液，接着将3.8?4.2g六水合硝酸锌和[Ce]/[Zn]摩尔比为0.4%?1%的六水合硝酸钟依次加入氢氧化钠溶液，机械搅拌至溶液变澄清，即得Ce掺杂花状ZnO的前驱体溶液；
步骤二:向Ce掺杂花状ZnO的前驱体溶液中加入300mL摩尔浓度为0.020?0.030mol/L的十二烷基硫酸钠溶液，十二烷基硫酸钠溶液是将十二烷基硫酸钠溶于无水乙醇与水的混合物中得到的，无水乙醇与水的体积混合比例为4:1，然后机械搅拌0.5?lh，接着在超声功率300?500W下超声0.5?Ih ;
步骤三:超声完成后，将步骤二得到的混合溶液先转移到聚四氟乙烯内衬的微波水热罐中，填充比55%，然后放入微波消解仪反应；微波消解仪运行参数为:温度170?210°C，功率800?1400W，保温反应时间2?2.5h ;反应结束后，取出水热罐，将所得混合液离心并分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤离心得到的沉淀物，沉淀物置于50?70°C真空烘箱中3?5h，即得到Ce掺杂花状ZnO光催化剂。
[0006]如所述的应用于染料废水处理的Ce掺杂花状ZnO光催化剂的制备方法制得的光催化剂。
[0007]Ce掺杂花状ZnO光催化剂的形貌呈花状结构，该结构由平均直径100?150nm、长度I?2Mm的纳米棒自组装成花状结构。
[0008]本发明具有以下优点:
本发明以氢氧化钠为碱源，六水合硝酸锌为锌源，十二烷基硫酸钠为分散剂，六水合硝酸铈为掺杂剂，乙醇和水的混合液为溶剂，制备在可见光作用下具有较高光催化活性的Ce掺杂花状ZnO光催化剂。本发明制备的Ce掺杂花状ZnO光催化剂在模拟可见光(氙灯，500W)作用下，光照240min后对罗丹明B (10mg/L)的光催化降解效率为75.6%。该方法为微波辅助水热法，具有制备体系稳定、工艺方法操作简单、经济可行、产物尺寸均匀、结晶性良好等优点，为工业化生产高纯度、形貌可控的Ce掺杂花状ZnO光催化剂材料提供了技术条件。
【附图说明】
[0009]图1:未掺杂和Ce掺杂花状ZnO样品X-射线衍射光谱图。
[0010]图2:未掺杂花状ZnO样品场发射扫描电镜照片。
[0011]图3:实施例1条件下制备的Ce掺杂花状ZnO样品场发射扫描电镜照片。
[0012]图4:实施例2条件下制备的Ce掺杂花状ZnO样品场发射扫描电镜照片。
[0013]图5:实施例3条件下制备的Ce掺杂花状ZnO样品场发射扫描电镜照片。
[0014]图6:实施例4条件下制备的Ce掺杂花状ZnO样品场发射扫描电镜照片。
[0015]图7:未掺杂和Ce掺杂花状ZnO光催化剂光催化降解罗丹明B的降解效率随光照时间的变化。
[0016]图8:实施例3所制备的Ce掺杂花状ZnO光催化剂在模拟可见光作用下，光催化降解罗丹明B溶液在400?650nm范围内的吸光度值随光照时间的变化。
【具体实施方式】
[0017]下面结合【具体实施方式】对本发明进行详细的说明。
[0018]本发明涉及的应用于染料废水处理的Ce掺杂花状ZnO光催化剂的制备方法，以氢氧化钠为碱源，六水合硝酸锌为ZnO的晶种来源，十二烷基硫酸钠为分散剂，六水合硝酸铈为掺杂剂，乙醇和水的混合液为溶剂，经机械搅拌、超声、微波辅助水热法合成、离心、干燥等步骤制备的ZnO形貌为花状结构。光催化降解实验表明，向ZnO晶格结构中引入杂原子Ce可以有效的抑制ZnO内部光生电子与光生空穴(e_/h+)的复合，拓宽ZnO的光谱响应范围，这对于提高纳米ZnO光催化对可见光的利用效率提供了切实可行的参考依据。具体由以下步骤实现:
步骤一:将8.8?9.2g氢氧化钠溶解在25mL水中得到氢氧化钠溶液，接着将3.8?
4.2g六水合硝酸锌和[Ce]/[Zn]摩尔比为0.4%?1%的六水合硝酸钟依次加入氢氧化钠溶液，机械搅拌至溶液变澄清，即得Ce掺杂花状ZnO的前驱体溶液；
步骤二:向Ce掺杂花状ZnO的前驱体溶液中加入300mL摩尔浓度为0.020?
0.030mol/L的十二烷基硫酸钠溶液，十二烷基硫酸钠溶液是将十二烷基硫酸钠溶于无水乙醇与水的混合物中得到的，无水乙醇与水的体积混合比例为4:1，然后机械搅拌0.5?lh，接着在超声功率300?500W下超声0.5?Ih ; 步骤三:超声完成后，将步骤二得到的混合溶液先转移到聚四氟乙烯内衬的微波水热罐中，填充比55%，然后放入微波消解仪(MDS-10，上海新仪微波化学有限公司)反应；微波消解仪运行参数为:温度170?210°C，功率800?1400W，保温反应时间2?2.5h ;反应结束后，取出水热罐，将所得混合液离心并分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤离心得到的沉淀物，沉淀物置于50?70°C真空烘箱中3?5h，即得到Ce掺杂花状ZnO光催化剂。
[0019]Ce掺杂花状ZnO光催化剂的形貌呈花状结构，该结构由平均直径100?150nm、长度I?2Mm的纳米棒自组装成花状结构。
[0020]实施例1:
步骤一:将8.8g氢氧化钠溶解在25mL水中得到氢氧化钠溶液，接着将4.2g六水合硝酸锌和[Ce] / [Zn]摩尔比为0.4%的六水合硝酸铈依次加入氢氧化钠溶液，机械搅拌至溶液变澄清，即得Ce掺杂花状ZnO的前驱体溶液；
步骤二:向Ce掺杂花状ZnO的前驱体溶液中加入300mL摩尔浓度为0.030mol/L的十二烷基硫酸钠溶液，十二烷基硫酸钠溶液是将十二烷基硫酸钠溶于无水乙醇与水的混合物中得到的，无水乙醇与水的体积混合比例为4:1，然后机械搅拌0.5h，接着在超声功率500W下超声0.5h ；
步骤三:超声完成后，将步骤二得到的混合溶液先转移到聚四氟乙烯内衬的微波水热罐中，填充比55%，然后放入微波消解仪反应；微波消解仪运行参数为:温度210°C，功率800W，保温反应时间2.5h ;反应结束后，取出水热罐，将所得混合液离心并分别用蒸馏水和无水乙醇洗涤离心得到的沉淀物，沉淀物置于50°C真空烘箱中5h，即得到Ce掺杂花状ZnO光催化剂。
[0021]实施例2:
步骤一:将9.0g氢氧化钠溶解在25mL水中得到氢氧化钠溶液，接着将4.0g六水合硝酸锌和[Ce] / [Zn]摩尔比为0.8%的六水合硝酸铈依次加入氢氧化钠溶液，机械搅拌至溶液变澄清，即得Ce掺杂花状ZnO的前驱体溶液；
步骤二:向Ce掺杂花状ZnO的前驱体溶液中加入300mL摩尔浓度为0.025mol/L的十二烷基硫酸钠溶液，十二烷基硫酸钠溶液是将十二烷基硫酸钠溶于无水乙醇与水的混合物中得到的，无水乙醇与水的体积混合比例为4:1，然后机械搅拌0.5h，接着在超声功率400W下超声0.5h ；
步骤三:超声完成后，将步骤二得到的混合溶液先转移到聚四氟乙烯内衬的微波水热罐中，填充比55%，然后放入微波消解仪反应；微波消解仪运行参数为:温度190°C