專利名稱：具有可見光響應(yīng)的摻雜中空硫化鋅光催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光催化劑，特別是涉及一種具有可見光響應(yīng)的光催化劑。 本發(fā)明還涉及上述催化劑的制備方法。 本發(fā)明還涉及上述催化劑的用途。
背景技術(shù)：
硫化鋅是一種重要的寬禁帶半導(dǎo)體(Eg-3.6eV)。它是最早發(fā)現(xiàn)的半導(dǎo)體之一，也是在電子工業(yè)上有著 廣泛應(yīng)用的最重要的材料之一。硫化鋅摻雜金屬時，在紫外光、X射線、陰極射線、電子流激發(fā)下有很好 的發(fā)光性能，使得其在發(fā)光二極管、平板顯示器的有效磷光體上有著廣泛地應(yīng)用。硫化鋅有著高的折光系 數(shù)(2.27)，具有優(yōu)異的光透射性，使得其在工作于可見光到近紅外區(qū)的光子晶體器件上也有用武之地。硫 化鋅在室溫下有兩種結(jié)構(gòu)異形體，即六方的纖鋅礦結(jié)構(gòu)和立方的閃鋅礦結(jié)構(gòu)。另外，納米中空結(jié)構(gòu)材料由 于其特殊的物理性質(zhì)，在催化劑、光子晶體和可控緩釋技術(shù)上具有潛在的應(yīng)用價值，肉而引起了人們廣泛 的研究興趣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的意義在于提供一種具有可見光響應(yīng)的光催化劑，這種摻雜中空硫化鋅光催化劑，既能有效的 被可見光激發(fā)，又能保持良好的穩(wěn)定性和較高的催化活性，同時制備工藝簡單、成本低廉。
本發(fā)明提供的光催化劑是由納米中空硫化鋅和鎘離子、亞銅離子中的一種組成，其特征在于該催化劑 是由中空硫化鋅與鎘離子或亞銅離子中的一種成份混合而成。鋅離子和其它金屬離子的摩爾比為 1:0.001~1 ，中空硫化鋅粒于直徑在5個納米到10微米之間。
本發(fā)明的具有可見光響應(yīng)的摻雜硫化鋅光催化劑的制備方法如下
中空硫化鋅的制備將一定量的納米氧化鋅溶于300亳升0.1-3摩爾/升硫化鈉水溶液中，在室溫下 超聲攪拌24小時，將沉淀抽濾洗滌后，在8(TC真空干燥6小時得到然后硫化鋅/氧化鋅核殼結(jié)構(gòu)。將一定 量的硫化鋅/氧化鋅超聲分散在100毫升去離子水中，用pH值為0.5的鹽酸調(diào)節(jié)上述溶液pH值到4，在室 溫下超聲攪拌6小時得到中空硫化鋅粒子，將粒子抽濾洗滌后真空80'C干燥6小時得到最終產(chǎn)物。
摻雜中空硫化鋅的制備將一定量的氯化鎘或氯化亞銅溶于一定量的氨水中，并稀釋該溶液到100毫 升，將一定量的中空硫化鋅粒子加入到上述溶液中，保持鋅離子和鎘或亞銅離子的摩爾比為1:0.001~1，超 聲攪拌1小時得到鎘或亞銅離子摻雜的中空硫化鋅光催化劑。
本發(fā)明的具有可見光響應(yīng)的光催化劑可用于空氣、廢水、地表水及飲用水中的有機(jī)污染物和重金屬離 子的光催化處理。
在可見光輻射下降解亞甲基藍(lán)的光催化活性測試具體方法和條件如下
催化劑的光催化氧化活性是在自制的光催化反應(yīng)器中進(jìn)行。采用300W氙燈a > 420nm)為輻射光源， 反應(yīng)液為250毫升10毫克/升的亞甲基藍(lán)水溶液，催化劑加入量為1.0克。在劇烈的攪拌下每隔30分鐘抽 取少量反應(yīng)液，在665nm處測定溶液吸光度。再根據(jù)亞甲基藍(lán)的濃度 吸光度標(biāo)準(zhǔn)曲線確定溶液濃度。
具體實(shí)施方案
實(shí)施方案1
將l摩爾的納米氧化鋅溶于300毫升l摩爾/升的硫化鈉溶液中，超聲攪拌24小時后，收集沉淀，用 去離子水洗滌多次，在8(TC真空干燥6小時得到硫化鋅/氧化鋅沉淀。取5克硫化鋅/氧化鋅粒子分散在100 毫升去離子水中，用pH值為0.5的稀鹽酸調(diào)節(jié)體系pH值到4，室溫超聲攪拌6小時，得到中空硫化鋅。 將1毫摩爾的氯化鎘溶于100毫升去離子水中，并加入5毫摩爾的氨水，常溫超聲攪拌0.5小時后，得到 鎘摻雜的中空硫化鋅光催化劑。 實(shí)施方案2
將實(shí)施方案1中的氯化鎘變?yōu)槁然瘉嗐~，其它條件不變。實(shí)施方案3
將實(shí)施方案1中的氯化鎘變?yōu)镮O毫摩爾，其它條件不變。 實(shí)施方案4
將實(shí)施方案1中的氯化鎘變?yōu)?.1摩爾，其它條件不變。 實(shí)施方案5
將實(shí)施方案1中的1毫摩爾氯化鎘變?yōu)镮O毫摩爾氯化亞銅，其它條件不變。 實(shí)施方案6
將實(shí)施方案1中的1毫摩爾氯化鎘變?yōu)?.1摩爾氯化亞銅，其它條件不變。 實(shí)施方案7
將實(shí)施方案1中的硫化鈉濃度變?yōu)?摩爾/升，其它條件不變。 實(shí)施方案8
將實(shí)施方案1中的硫化鈉濃度變?yōu)?.5摩爾/升，其它條件不變。
本發(fā)明戶萬制得的光催化劑可負(fù)載于載體上，本發(fā)明不限于以上實(shí)施方案。 對實(shí)施方案中所得光催化劑進(jìn)行了可見光照射下的光催化反應(yīng)測試，具體結(jié)果如表1。
表1摻雜中空硫化鎘光催化劑的催化性能
樣品編號可見光輻射3h 亞甲基藍(lán)降解率
實(shí)施方案l92%
實(shí)施方案289%
實(shí)施方案388%
實(shí)施方案483%
實(shí)施方案585%
實(shí)施方案675%
實(shí)施方案793%
實(shí)施方案891%
權(quán)利要求
1. 一種可見光響應(yīng)的摻雜中空硫化鋅光催化劑，成份包括納米中空硫化鋅，其特征在于該催化劑是由中空硫化鋅與鎘離子或亞銅離子中的一種成份混合而成。鋅離子和其它金屬離子的摩爾比為1∶0.001～1，中空硫化鋅粒子直徑在5個納米到10微米之間；
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的一種光催化劑，其特征在于光反應(yīng)在可見光、紫外光和太陽光下進(jìn)行；
3. —種制備權(quán)利要求1所述光催化劑的方法，采用模板法生產(chǎn)工藝，其特征在于該方法中的模板為納 米氧化鋅，硫源為硫化鈉；
4. 根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光催化劑用于空氣、廢水、地表水及飲用水中的有機(jī)污染物和重金 屬離子的光催化處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有可見光響應(yīng)的摻雜中空硫化鋅光催化劑及其制備方法，屬于無機(jī)納米光催化材料領(lǐng)域。該催化劑由納米中空硫化鋅和鎘離子或亞銅離子中的一種組成。本發(fā)明制備的光催化劑在較寬的波長范圍內(nèi)具有光催化活性，能夠在紫外光、可見光或自然光輻射下光分解凈化處理有毒有害化學(xué)物質(zhì)。
文檔編號C02F1/30GK101543785SQ200910068690
公開日2009年9月30日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者宋立民 申請人:天津工業(yè)大學(xué)