[发明专利]一种用于光催化的氧化锌纳米片材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机纳米材料和环境污染治理技术领域，具体涉及一种可用于降解污染物（染料）的具有高效光催化活性的氧化锌纳米片材料及制备方法。

背景技术

随着人口的急剧膨胀和工业的快速发展，环境污染问题已经成为影响人类生产、生活的首要问题。各国政府都将环境污染治理列为现阶段以及未来几年的头等大事。特别是印染行业中甲基橙等大量水溶性偶氮染料的大量排放，使人类赖以生存的水质日益恶化。这些污染物质多难生物降解，一旦进入水体，由于其在水体中自然降解过程缓慢，其危害性延滞较长。光催化反应可以将污染物在光照条件下完全矿化为各种无机离子，因此在环境治理方面得到了广泛关注，关于光催化剂的研发，成为目前国内外的研究热点。

纳米氧化锌由于具有尺寸小、比表面积大、表面原子配位不全等特点，从而导致其表面的活性位较多，形成了凸凹不平的原子台阶，在作为催化剂使用时可以增大与反应物的接触面积，因此，和传统催化剂相比，具有更高的催化活性。在光催化领域，纳米氧化锌作为催化剂时能使水中的有害有机物质最终分解，避免其对环境的污染。研究表明，纳米氧化锌的反应速度是大块氧化锌材料的100~1000倍，而且与普通粒子相比，纳米氧化锌几乎不会引起光的散射，因此是极具应用前景的光催化剂之一。

到目前为止，人们已经用化学气相沉积法，共沉淀法，溶胶凝胶法，水热法等多种方法制备出了不同形貌的纳米氧化锌。虽然制备方法很多，但仍都存在一些不足，目前制备得到的氧化锌对污染物的降解效率仍待提高。寻求价廉、环境友好并具有高催化活性的光催化材料是光催化技术发展的关键。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可用于降解污染物（染料）的具有高效光催化活性的氧化锌纳米片材料及制备方法。

本发明提供的方法是使用廉价的实验室常用滤纸为模板，将氧化锌凝胶包覆在滤纸表面，最后除去滤纸，得到在光照条件下对染料甲基橙的降解具有高效催化效果的氧化锌纳米片，所用模板价格低廉，实验过程简单易操作，易实现产物的大规模生产，所得氧化锌纳米片在污染物治理方面具有很好的应用前景。具体包括以下步骤：

1）配置0.3~0.8mol/L的醋酸锌[Zn(CH₃COO)₂·2H₂O]溶液，一定温度下搅拌至溶液呈乳浊液；

2）向上述乳浊液中逐滴加入乙醇胺（DEA），搅拌一段时间至溶液变澄清后再加入一定量聚乙二醇（PEG）并持续搅拌直至获得透明稳定的氧化锌溶胶体系；

3）将实验室常用定量无灰滤纸浸渍到上述溶胶溶液中，浸泡1~3h；

4）收集滤纸，洗涤干燥后放入管式炉焙烧，得到氧化锌纳米片。

本发明中，步骤（1）中所述反应在65-75℃水浴中进行；步骤（4）中滤纸的洗涤使用无水乙醇；整个样品制备过程保持无水状态；焙烧过程采用分段焙烧法，首先将样品加热至100℃保温1h，然后继续升温至500℃焙烧3h，郑个升温过程保持2℃/min的加热速率，焙烧完毕后自然炉冷至室温。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明方法使用实验室常用无灰定量滤纸作为氧化锌纳米片的模板，原料绿色环保，简单易得，成本低廉，整个实验过程过程简单，操作方便，很容易实现产物的大规模生产，所得氧化锌纳米片对染料甲基橙的降解具有很好的催化效果。

附图说明

图1 是制备的氧化锌纳米片的XRD图。

图2 是制备的氧化锌纳米片的SEM图。

图3 是制备的氧化锌纳米片的TEM图。

图4是制备的氧化锌纳米片对甲基橙降解反应的光催化效果图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行进一步说明。本发明的生产技术对本专业的人来说是容易实施的。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。

实施例1

70℃下水浴条件下，将6.58g的醋酸锌[Zn(CH₃COO)₂·2H₂O]加入到50mL的无水乙醇中，搅拌30min得到氧化锌乳浊液。

搅拌条件下，向上述溶液中逐滴加入3.154g乙醇胺（DEA），搅拌一段时间至乳浊液变澄清时，再加入0.7g的聚乙二醇（PEG）并持续搅拌2h，直至获得透明稳定的氧化锌溶胶。