ZnO量子点-MMT复合光催化材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光催化材料，具体涉及一种ZnO量子点-MMT复合光催化材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]近年来，常规方法已经不能满足废水处理的需要，而以半导体纳米材料为催化剂降解水中有机物污染物的光催化技术，为解决目前的环境问题提供了一种干净且可持续发展的方式。
[0003]ZnO作为一种常见的半导体材料，拥有较大的带隙宽(Eg=3.37eV)及较高的电子激发结合能(60meV)，且由于ZnO具有环境友好，化学稳定性好，价格低廉等特点，已成为当今光催化领域中最具潜力的一种催化剂。当ZnO达到量子点尺寸会表现出许多特殊的性质，如无毒和非迀移性、荧光性、压电性、吸收和散射紫外线等功能，可在制造气体传感器、紫外线遮蔽材料、变阻器和高效催化剂等方面广泛应用。然而，ZnO量子点存在易团聚、电子-空穴易复合等缺陷，导致其光催化性能降低，因此为了克服上述缺陷，需要对ZnO量子点进行改性。设计一种复合材料，固载ZnO量子点的同时，通过抑制电子-空穴的复合率来提高光催化效率已逐渐成为目前的研究热点。
[0004]层状结构的蒙脱土(MMT)是一种用于制备高活性催化剂的优良基材，MMT是由层间表面带负电荷、高度各向异性的硅酸盐组成，若将ZnO量子点嵌入到MMT层间，由于MMT层间所带的负电荷，可以通过其对空穴的吸引而促进电子的转移，光生电荷载流子的分离率会显著提高。此外，MMT具有大的比表面积和良好的吸附性能，用MMT负载ZnO量子点不仅能充分利用MMT的吸附性能，而且能改善ZnO量子点的团聚现象，从而提高复合材料光催化性能。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种ZnO量子点-MMT复合光催化材料及其制备方法，实现了对Zn0量子点的固载化，克服了 ZnO量子点使用过程中易团聚、难回收的缺点。
[0006]本发明所采用的技术方案是:
ZnO量子点-MMT复合光催化材料的制备方法，其特征在于:
由以下步骤实现:
步骤一:制备Na-MMT:
称取l_3g MMT加入30-45mL去离子水中，充分搅拌至MMT完全溶解，再加入0.1-0.2g无水碳酸钠；接着，将上述溶液转移至10mL三口烧瓶中，在60-70°C下水浴加热1_1.5h ;最后，用去离子水反复离心洗涤，转速:9000r/min，收集产物，即得Na-MMT ;
步骤二:制备超薄Na-MMT:
称取步骤一中所得Na-MMT粉末1-1.5g，分散于80_100mL去离子水中，搅拌至完全溶解，冷冻过夜；将彻底冷冻结冰的Na-MMT取出，置于室温下自然解冻，然后超声处理5-30min，以8000r/min的速度离心lmin，移出上层液体，去除未剥离的残块，将底部糊状物冷冻干燥后获得超薄Na-MMT ;
步骤三:制备ZnO量子点-MMT复合光催化材料:
称取0.135-0.140g 二水合醋酸锌，加入到60-65mL甲醇溶剂中，持续搅拌；接着，将超薄Na-MMT 0.3-0.4g加入上述溶液中，并转移至10mL三口烧瓶中，60-65°C下水浴反应2-3h，同时匀速滴加NaOH溶液，滴加时间30_60min ;最后，用无水乙醇和去离子水反复洗涤产物，放入烘箱中干燥，最后研磨成粉末，即得ZnO量子点/MMT复合光催化材料。
[0007]如所述的ZnO量子点-MMT复合光催化材料的制备方法制得的ZnO量子点-MMT复合光催化材料。
[0008]本发明具有以下优点:
(I)本发明原料来源广泛，价格低廉，反应条件温和、易控制，且制备过程环保无污染，利于工业化生产。
[0009](2)本发明采用天然矿物MMT对ZnO量子点进行负载，在一定程度上解决了 ZnO作为单一光催化剂，在实际应用中分离困难的问题；充分利用MMT的吸附性能，增大ZnO量子点周围的有机污染物浓度，从而集中有效地通过ZnO量子点对水中有机污染物进行光降解。
[0010](3)光催化过程中，MMT层间所带的负电荷，可以吸引ZnO量子点的光生空穴，而促进其电子的转移，即增加了 ZnO量子点光生电荷载流子的分离率，有效增强了复合材料的光催化性能。
【附图说明】
[0011]图1:未处理 MMT 的 SEM 照片(X 10000)。
[0012]图2:本发明所剥离的MMT的SEM照片(X 50000)。
[0013]图3:本发明所剥离的MMT负载ZnO量子点所得复合材料的SEM照片(X 50000)。
[0014]图4: ZnO量子点/MMT复合光催化材料的XRD图谱；图中，(a)未处理MMT、(b)剥离后的MMT、(c) ZnO量子点/MMT复合材料。
[0015]图5:剥离的MMT、ZnO量子点、ZnO量子点/MMT复合光催化材料对甲基橙溶液的降解率随光照时间变化的曲线图。
[0016]图6: ZnO量子点/MMT复合光催化材料对甲基橙、甲基蓝、罗丹明B三类有机污染物溶液的降解率随光照时间变化的曲线图。
【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ZnO量子点-MMT复合光催化材料的制备方法，可用于光催化降解水中有机污染物，具体由以下步骤实现:
步骤一:制备Na-MMT:
称取l_3g MMT加入30-45mL去离子水中，充分搅拌至MMT完全溶解，再加入0.1-0.2g无水碳酸钠；接着，将上述溶液转移至10mL三口烧瓶中，在60-70°C下水浴加热1_1.5h ;最后，用去离子水反复离心洗涤，转速:9000r/min，收集产物，即得Na-MMT ; 步骤二:制备超薄Na-MMT:
称取步骤一中所得Na-MMT粉末1-1.5g，分散于80_100mL去离子水中，搅拌至完全溶解，冷冻过夜；将彻底冷冻结冰的Na-MMT取出，置于室温下自然解冻，然后超声处理5-30min，以8000r/min的速度离心lmin，移出上层液体，去除未剥离的残块，将底部糊状物冷冻干燥后获得超薄Na-MMT ;
步骤三:制备ZnO量子点-MMT复合光催化材料:
称取0.135-0.140g 二水合醋酸锌，加入到60-65mL甲醇溶剂中，持续搅拌；接着，将超薄Na-MMT 0.3-0.4g加入上述溶液中，并转移至10mL三口烧瓶中，60-65°C下水浴反应2-3h，同时匀速滴加NaOH溶液，滴加时间30_60min ;最后，用无水乙醇和去离子水反复洗涤产物，放入烘箱中干燥，最后研磨成粉末，即得ZnO量子点/MMT复合光催化材料。
[0019]本发明首先采用简便易行的物理法对MMT进行剥离，该反应条件温和、易控制；再以二水合醋酸锌为锌源，控制NaOH溶液的滴加速度，调节ZnO量子点的尺寸大小，使其均匀负载于MMT上，或插层在MMT间。MMT的引入一方面可有效抑制ZnO量子点的电子-空穴复合率，提高其在紫外光下对有机污染物的光催化降解能力；另一方面，利用MMT良好的吸附性能，可将有机污染物吸附在复合材料表面或层间，再通过ZnO量子点的光催化作用将有机物彻底降解。
[0020]实施例1:
步骤一:制备Na-MMT:
称取3g MMT加入30mL去离子水中，充分搅拌至MMT完全溶解，再加入0.2g无水碳酸钠；接着，将上述溶液转移至10mL三口烧瓶中，在60°C下水浴加热1.5h ;最后，用去离子水反复离心洗涤，转速:9000r/min，收集产物，即得Na-MMT ；
步骤二:制备超薄Na-MMT:
称取步骤一中所得Na-MMT粉末lg，分散于10mL去离子水中，搅拌至完全溶解，冷冻过夜；将彻底冷冻结冰的Na-MMT取出，置于室温下自然解冻，然后超声处理5min，以8000r/min的速度离心lmin，移出上层液体，去除未剥离的残块，将底部糊状物冷冻干燥后获得超薄 Na-