無(wú)模板法制備氧化鋅光催化納米材料的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種無(wú)模板法制備氧化鋅光催化納米材料的方法。本發(fā)明采用低成本無(wú)模板法，以水、乙醇、硝酸鋅、正丁胺為原料，其中硝酸鋅為鋅源，水和乙醇為溶劑，正丁胺為堿源，采用簡(jiǎn)單的水熱合成方法，即得具有獨(dú)特表面粗糙球狀結(jié)構(gòu)的氧化鋅納米材料。從XRD譜圖可以看出，制備的氧化鋅納米材料具有典型的纖鋅礦結(jié)構(gòu)，結(jié)晶良好。光催化試驗(yàn)結(jié)果表明，該法制備的氧化鋅納米材料具有優(yōu)良的光催化性能，可有效解決環(huán)境污染等問(wèn)題，且在能源及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域也具有潛在的應(yīng)用前景。
【專(zhuān)利說(shuō)明】無(wú)模板法制備氧化鋅光催化納米材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氧化鋅光催化納米材料的制備方法，特別是一種無(wú)模板法制備氧化鋅光催化納米材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化鋅是一種典型的半導(dǎo)體金屬氧化物材料，與普通氧化鋅產(chǎn)品相比，納米氧化鋅具有活性高、比表面積大，材料細(xì)度、純度和材料形狀可調(diào)等一系列獨(dú)特性能，在很多領(lǐng)域都有應(yīng)用，是當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的高功能無(wú)機(jī)材料。由于納米氧化鋅顆粒尺寸的細(xì)微化，比表面積會(huì)顯著增大，表面分子排列、電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)都會(huì)發(fā)生變化，從而使其具有一系列優(yōu)異的物理、化學(xué)、表面和界面性質(zhì)，在磁、光、電、催化等方面應(yīng)用廣泛。
[0003]其中，納米氧化鋅在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用也比較活躍。水中的有害有機(jī)物質(zhì)，如有機(jī)氯化物、農(nóng)藥、色素等，用目前的水處理技術(shù)充分去除比較困難，而氧化鋅作為光催化劑可以使有機(jī)物分解，避免其對(duì)環(huán)境的污染。研究表明，納米氧化鋅的反應(yīng)速度是普通氧化鋅的100-1000倍，而且與普通粒子相比，納米氧化鋅幾乎不會(huì)引起光的散射。具有合適尺寸大小的納米氧化鋅還可以進(jìn)行很好地回收，從而可進(jìn)行循環(huán)利用，降低經(jīng)濟(jì)成本。
[0004]目前，合成納米氧化鋅的方法有很多，主要有化學(xué)沉淀法，溶膠凝膠法，乳化法等。其中，水熱合成法因其具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、產(chǎn)物產(chǎn)率高、結(jié)晶良好等突出優(yōu)點(diǎn)，在合成納米氧化鋅材料方面表現(xiàn)出了良好的多樣性，從而得到越來(lái)越多的應(yīng)用。盡管如此，在水熱法合成過(guò)程中依然存在著很多需要解決的問(wèn)題，對(duì)于水熱法制備納米氧化鋅，模板劑和原料的選擇、反應(yīng)物的濃度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等因素不僅影響著產(chǎn)物的尺寸、形貌和性能，而且還涉及污染和經(jīng)濟(jì)成本問(wèn)題。所以通過(guò)調(diào)整反應(yīng)條件和參數(shù)，實(shí)現(xiàn)納米氧化鋅材料的可控合成將成為一個(gè)具有挑戰(zhàn)的研究課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供無(wú)模板法制備氧化鋅光催化納米材料的方法，本方法可以得到大小均一，分散良好，具有獨(dú)特草莓狀形貌和理想的光催化效果的氧化鋅納米材料。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案，現(xiàn)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。具體操作步驟如下:
一種無(wú)模板法制備氧化鋅光催化納米材料的方法，其特征在于該方法的步驟如下:
a.將硝酸鋅溶于去離子水中配制成濃度為0.15^0.30 mol/L的溶液A ;
b.將正丁胺和乙醇按(0.15^0.30):1的體積比混合均勻，配制成溶液B ；
c.將上述得到的溶液B逐滴加入到溶液A中，得到混合溶液C，其中溶液A和溶液B的體積比為:(0.Π.5):1，在室溫條件下繼續(xù)攪拌I h ；
d.將上步得到的C溶液裝入帶聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中于12(T180°C條件下反應(yīng)f24 h ;所得產(chǎn)物經(jīng)常規(guī)的離心、洗滌、烘干后，即得制備的氧化鋅光催化納米材料。
[0007]本發(fā)明采用簡(jiǎn)單的一步水熱合成法，在沒(méi)有添加任何模板劑的條件下，以硝酸鋅為鋅源，水和乙醇的混合溶液為反應(yīng)溶劑，在小分子堿正丁胺的導(dǎo)向下制備出草莓狀的納米氧化鋅材料。本發(fā)明所得的產(chǎn)品，形貌均一，其粒徑在I μ m左右，且分散性良好；更重要的是，該法工藝簡(jiǎn)單，成本低廉且對(duì)環(huán)境友好。此外，光催化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明此產(chǎn)品具有良好的光催化效果，從而具有廣闊的工業(yè)化應(yīng)用前景。
[0008]本發(fā)明的工藝過(guò)程中，首先將硝酸鋅完全溶解在去離子水中，正丁胺溶于乙醇中，兩者混合均勻，在小分子堿正丁胺的堿性環(huán)境下，Zn2+在合成體系中首先成核，然后經(jīng)過(guò)一個(gè)奧斯特瓦爾德熟化過(guò)程逐漸生成氧化鋅的前驅(qū)體[Zn (OH)4]2-,在后續(xù)的水熱過(guò)程中，前驅(qū)體繼續(xù)生長(zhǎng)，最終轉(zhuǎn)化為形貌均一，單分散良好，表面粗糙的顆粒狀氧化鋅產(chǎn)品。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)具有以下顯著優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明方法工藝簡(jiǎn)單，低成本，無(wú)模板，高產(chǎn)率，對(duì)環(huán)境友好；且無(wú)需經(jīng)過(guò)高溫的焙燒過(guò)程，能直接生成大小均一，分散性良好的草莓狀氧化鋅納米材料，該產(chǎn)品具有良好的光催化效果，可用于環(huán)境污染的預(yù)防與治理等。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中所得氧化鋅納米材料的XRD譜圖。
[0011]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中所得氧化鋅納米材料的SM圖片。
[0012]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中所得氧化鋅納米材料的光催化效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]所有實(shí)施例均按上述技術(shù)方案的操作步驟進(jìn)行操作。
[0014]實(shí)施例1
a.用電子天平分別稱(chēng)取0.01 !1101硝酸鋅和1.5 mol去離子水，將其放入燒杯中混合攪拌均勻，直至硝酸鋅完全溶解，得到溶液A ;
b.用量筒分別量取10ml的正丁胺和60 ml乙醇，將其放入燒杯中混合攪拌均勻，得到溶液B ;
c.將B溶液逐滴加入到A溶液中，在室溫條件下繼續(xù)攪拌Ih，得到混合溶液C ;
d.將C溶液裝入帶聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，在12(T180°C條件下反應(yīng)6 h；
e.反應(yīng)完成后，將產(chǎn)物從反應(yīng)釜中取出，用去離子水和乙醇反復(fù)洗滌、離心后，將產(chǎn)物在 80 °C下烘干，即得本發(fā)明制備的分散均勻的草莓狀氧化鋅納米材料。
[0015]將所制得的樣品進(jìn)行物性表征，其部分結(jié)果如附圖所示。所得氧化鋅材料為表面粗糙的球狀結(jié)構(gòu)(類(lèi)似于草莓)，其粒徑在I μ m左右。
[0016]實(shí)施例2
本實(shí)施例的制 備過(guò)程和步驟與實(shí)施例1基本相同，不同的是在a和b步驟
a.用電子天平分別稱(chēng)取0.01 mol硝酸鋅和3.0 mol去離子水，將其放入燒杯中混合攪拌均勻，直至硝酸鋅完全溶解；
b.用量筒分別量取10ml的正丁胺和30 ml乙醇，將其混合攪拌均勻。
[0017]所得結(jié)果與實(shí)施例1略有差異，得到的氧化鋅納米顆粒的表面相對(duì)光滑，粒徑也比實(shí)施例1中的氧化鋅納米顆粒大。
[0018]實(shí)施例3本實(shí)施例的制備過(guò)程和步驟與實(shí)施例1基本相同，不同的是在d步驟
d.將上述混合溶液裝入帶聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，在160 °C條件下反應(yīng)I
h0[0019]所得結(jié)果與實(shí)施例1有較大差別，制得的氧化鋅顆粒表面比較光滑，大小不是很均勻，團(tuán)聚比較嚴(yán)重。
[0020]材料的光催化性能測(cè)試
準(zhǔn)確稱(chēng)量0.02 g的氧化鋅納米材料加入50 ml羅丹明(RhB)溶液(10 mg/L)中，超聲分散；所得懸浮液避光攪拌0.5 h使材料達(dá)到吸附平衡；平衡后取出4 ml懸浮液于5 ml離心管中，將剩余懸浮液倒入50 ml石英管中，然后放入SGY-1B型光催化反應(yīng)儀中，向反應(yīng)液中不斷通入空氣使催化劑一直充分懸浮于整個(gè)體系中；開(kāi)啟300 W汞燈照射，每隔10 min取4 ml懸浮液于離心管中，總反應(yīng)時(shí)間I h ;反應(yīng)結(jié)束，取出的各個(gè)樣品離心分離，取上清液用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)其在552 nm左右的吸光度，從而反映各個(gè)降解時(shí)間段后剩余羅丹明的濃度，以此來(lái)反映本方法制得氧化鋅光催化劑降解羅丹明的效果。
[0021]參見(jiàn)附圖，圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所得氧化鋅納米材料的XRD譜圖。XRD分析:在日本RigaKu D/max-2550型X射線衍射儀上進(jìn)行；采用CuKa衍射。從圖1中可知，本發(fā)明所得氧化鋅納米材料具有典型的纖鋅礦結(jié)構(gòu)，與標(biāo)準(zhǔn)譜圖(JCPDS:36-1451)相一致，未見(jiàn)其它雜峰，證明其純相的晶體結(jié)構(gòu)。
[0022]參見(jiàn)附圖，圖2為本發(fā)明實(shí)施例1所得氧化鋅納米材料的掃描電鏡(SBO圖片。SEM分析:采用日本電子公司JSM-6700F型發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察材料形貌。從SEM圖片可以看出，本發(fā)明制得的氧化鋅納米材料，表面粗糙，是由許多小的納米粒子堆積而成的球狀納米結(jié)構(gòu)，其粒徑在I μ m左右。
[0023]參見(jiàn)附圖，圖3為本發(fā)明實(shí)施例1所得氧化鋅納米材料的光催化性能圖。從圖中可以看到，在羅丹明的光降解實(shí)驗(yàn)中，所得催化劑在40 min內(nèi)幾乎將羅丹明完全降解，證明其具有優(yōu)異的光催化活性，這可能與其獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)有關(guān)，如均勻的形貌，較小的粒徑，良好的單分散性以及粗糙的表面等。
【權(quán)利要求】
1.一種無(wú)模板法制備氧化鋅光催化納米材料的方法，其特征在于該方法的步驟如下: a.將硝酸鋅溶于去離子水中配制成濃度為0.15^0.30 mol/L的溶液A ; b.將正丁胺和乙醇按(0.15^0.30):1的體積比混合均勻，配制成溶液B ; c.將上述得到的溶液B逐滴加入到溶液A中，得到混合溶液C，其中溶液A和溶液B的體積比為:(0.Π.5):1，在室溫條件下繼續(xù)攪拌I h ； d.將上步得到的C溶液裝入帶聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中于12(T180°C條件下反應(yīng)f24 h ;所得產(chǎn)物經(jīng)常規(guī)的離心、洗滌、烘干后，即得制備的氧化鋅光催化納米材料。
【文檔編號(hào)】B01J23/06GK103641153SQ201310680336
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】張海嬌, 焦正, 周洪順, 馮蓓, 胡賽, 王棟海 申請(qǐng)人:上海大學(xué)