[发明专利]制备海胆状Ag/AgCl/ZnO纳米复合材料的方法

说明书

本发明提供了一种在微通道反应器内利用油水两相流连续制备海胆状Ag/AgCl/ZnO纳米复合材料的方法。具体为：首先将AgNO₃、Zn(NO₃)₂、柠檬酸钠、十二烷基硫酸钠配置成水溶液A，NaCl和NaOH配置成水溶液B。随后将水溶液A、水溶液B、正辛烷同时通入毛细管微反应器，水溶液A与水溶液B快速混合，并被正辛烷分散为独立的液滴，形成以正辛烷为连续相、水溶液为分散相的两相流动。上述毛细管微反应器被置于氙灯下，反应物料于一定温度下反应。反应物料从毛细管微反应器流出后，经离心、洗涤、老化最终制备得到海胆状Ag/AgCl/ZnO纳米复合材料。本发明具有过程连续、工艺简单、反应条件温和、批次间重复性好等优点，且避免了微通道反应器在纳米材料制备过程中的堵塞问题。

技术领域

本发明属于材料科学与工程领域，涉及一种在微通道反应器内利用油水两相流制备海胆状Ag/AgCl/ZnO纳米复合材料的方法。

背景技术

水是人类赖以生存的重要资源之一，水环境的质量直接影响人体的健康状况。随着现代工业的快速发展，水污染问题愈演愈烈，已引起全世界研究人员的广泛关注。有机物(染料、农药等)作为水体主要污染物之一，如何实现其高效、绿色、低耗降解已成为解决水污染问题的关键。光催化降解有机物因反应条件温和、利用太阳能等优点，被视为一条行之有效的降解有机物的新途径。目前，研究人员已开发了诸多基于半导体材料的形貌与性能各异的光催化剂。ZnO作为一种宽禁带、高激发能的半导体材料，特殊的电子结构使其具有优异的电、磁、光等效应，有着资源丰富、成本低、无毒等优势，已成为光催化剂的优选。然而，ZnO存在表面光致电子-空穴对易复合的缺点，限制了ZnO的光催化性能。

为了提高ZnO的光催化性能，研究人员常在ZnO基体上掺杂贵金属、非贵金属或其他半导体。例如，将Ag/AgX(X＝Cl,Br,I)与ZnO复合可显著提高ZnO的光催化性能。在Ag/AgX/ZnO(X＝Cl,Br,I)体系中，ZnO与AgX(X＝Cl,Br,I)导带产生的光致电子可向其表面的Ag纳米粒子转移，有效阻止了光致电子和空穴的复合湮灭，从而极大地提高ZnO的光催化性能。同时，以掺杂的方式将二者有机结合，可有效改善Ag纳米粒子的团聚问题，进而减少Ag的用量。此外，以ZnO作为基底负载Ag/AgX(X＝Cl,Br,I)纳米粒子，还可获得显著增强的表面等离子体共振效应，提高光量子效率，增大光谱吸收范围。

Meng等人的研究“Ag/AgCl/ZnO nano-networks:preparation,characterization,

mechanism and photocatalytic activity,J Mol Catal A-Chem,2016,411:290-298”，采用配位沉淀与煅烧相结合的工艺合成了Ag/AgCl/ZnO，具体过程为在60℃下反应4.5h后，先在200℃下空气环境中煅烧0.5h，随后升温到350℃保持4h。该方法为间歇式操作，耗时长，限制了该方法的广泛应用。Xu等人的研究“Enhanced photocatalyticactivity of new photocatalyst Ag/AgCl/ZnO,J Alloy Compd,2011,509:3285-3292”，利用两步法合成了Ag/AgCl/ZnO纳米材料。首先在140℃水热条件下合成ZnO，然后在ZnO上担载Ag，最后引入1-丁基-3-甲基咪唑氯使部分Ag转化为AgCl。该方法所用试剂1-丁基-3-甲基咪唑氯不环保，后续处理繁琐，且无法连续生产。Begum等人的研究“Controlledorientation in a bio-inspired assembly of Ag/AgCl/ZnO nanostructures enablesenhancement in visible-light-induced photocatalytic performance,Chem Eur J,2012,18:6847-6853”，通过生物激发法，以多胺介导ZnO的矿化，制备了Ag/AgCl/ZnO纳米材料。该过程在多胺体系中进行，产量低，后处理过程繁琐，且该方法也无法实现连续生产。