[发明专利]金掺杂纳米氧化锌复合材料及其制备方法与在光催化降解四环素中的应用

说明书

本发明公开了一种金掺杂纳米氧化锌复合材料的制备方法及其在光催化降解四环素中的应用；先合成沸石咪唑酯骨架结构材料，然后在其表面掺杂金纳米粒子，所得固体在高温下进行还原，得到金掺杂纳米氧化锌复合材料。由于沸石咪唑酯骨架结构材料表面提供的活性位点可更高程度地与金粒子匹配，所得催化剂的金粒子尺寸均匀分布在~10nm。在本发明中，使用50mg固体催化剂降解100ml 0.010mg/ml的四环素溶液，光催化降解率可达85.5%，先将固体催化剂倒入四环素溶液中搅拌，暗吸附30分钟后基本达到吸附平衡，然后置于模拟太阳光光源下进行光催化降解，120分钟后溶液浓度可降低至暗反应结束时浓度的14.5%，说明其光降解效率高效，通过回收重复使用多次，证明其可重复性。

技术领域

本发明涉及纳米复合材料技术领域，具体涉及一种掺杂金纳米粒子的纳米氧化锌复合材料的制备方法及其在光催化降解四环素方面的应用。

背景技术

随着近年来抗生素被广泛用作动物药品和饲料添加剂，造成了环境污染。过去几年来，地表水，地下水和饮用水中都检测到了抗生素及其代谢物。通过各种来源向环境中引入抗生素残留会导致严重的环境问题，包括生态破坏和人体健康损害。水和土壤中存在的抗生素会导致一些过敏和毒性。药物污染物的去除或降解已成为一个重要的研究课题。

四环素（TC）在动物消化道中吸附不良，50-80％通过粪便和尿液排出。人们越来越担心将动物废物作为植物营养源的土地应用，TC会对地下水或土壤产生潜在的影响。另外，TC在土壤中是相当持久的，并通过反复的施肥累积，已经损坏了生态环境、危害了人类的身体健康。由于其抗菌性，TC残留或污染的水域不能有效地被传统的生物方法消除。因此处理四环素造成的污染迫在眉睫，而利用金属纳米粒子掺杂的金属氧化物对其进行光催化氧化是一种有发展前途且应用广泛的去除水中污染物的处理方法。

金纳米粒子具有较高的稳定性和催化活性，但在实际应用中，金纳米粒子作为催化剂需要一个良好地载体。在以往的文献报道中，其常用的载体主要是TiO₂、CeO₂等，但是负载到氧化物上的金纳米粒子大小不可控，而且分布也不是太均匀，因此需要寻找一个更好的载体来掺杂金纳米粒子。

发明内容

本发明的目的是提供一种掺杂金纳米粒子的纳米氧化锌复合材料的制备方法，采用原位还原的方法，将金纳米粒子负载到纳米氧化锌表面，以实现高效降解水溶液中的四环素。

将金纳米粒子均一负载到催化剂表面的制备工艺相对复杂，是目前面临的难题之一。本发明选用沸石咪唑酯骨架结构材料来制备负载型催化剂，这种制备方法具有简单高效的特点；而且沸石咪唑酯骨架结构材料表面本身具备较多活性位点，可以与金纳米粒子更好地连接，且本发明公开的锌载体在高温煅烧后可得到氧化锌纳米颗粒，所得到的掺杂金纳米粒子的纳米氧化锌的带隙减小，更有利于提高光催化降解的效率。

为了达到上述目的，本发明采用如下具体技术方案：

一种金掺杂纳米氧化锌复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将Zn（NO₃）₂·6H₂O与甲基咪唑的甲醇溶液混合，反应得到锌载体；

（2）将锌载体浸泡在含有氯金酸的溶液中，搅拌处理，然后离心分离，去除液体得到金掺杂锌载体复合材料；

（3）将得到的金掺杂锌载体复合材料经过高温还原得到金掺杂纳米氧化锌复合材料。

一种锌载体的制备方法，包括以下步骤：

（1）将Zn（NO₃）₂·6H₂O与甲基咪唑的甲醇溶液混合，反应得到锌载体。

一种金掺杂锌载体复合材料的制备方法，包括以下步骤：