[发明专利]一种用水热法在碳布上负载纳米氧化锌的方法

说明书

本发明公开一种用水热法在碳布上负载纳米氧化锌的方法，包括(1)碳布预处理，将一定规格的碳布，依次置于丙酮、乙醇、去离子水中，各超声清洗15min，再将清洗好的碳布浸泡于65％的硝酸中3h，随后取出，再用去离子水超声清洗5min，最后在80℃烘箱中干燥2h，得到清洁的碳布备用。(2)一步水热法制备碳布负载纳米氧化锌，通过水热法制得的碳布/纳米氧化锌复合材料可以更有效地促进光生电子‑空穴对的分离和电子的转移，抑制光生载流子的复合，从而提高光催化降解性能。本发明采用一步水热法，工艺简单，无需煅烧，所制的纳米氧化锌在碳布表面分布均匀，形貌较好，且可回收再利用，能够有效降低生产成本。

技术领域

本发明属于半导体光催化材料领域，尤其涉及一种用水热法在碳布上负载纳米氧化锌的方法。

背景技术

近年来，随着经济的快速发展，石油、天然气和煤等非再生能源的消耗日趋增大，由此引发的一系列环境问题也愈发严重，环境污染已成为近年来我们必须解决的严重问题之一。在水污染处理方面，传统的治理方法，如沉淀、吸附和渗析处理，只是完成了污染物跟水质的分离，并不能从根本上解决问题，且这些传统方法治理污水所需费用较高。光催化降解已被证明是利用太阳能降解废水中有机污染物的经济有效的方法之一。

在废水处理的实际应用中，粉体型光催化剂很难从悬浮物中分离和回收。分离过程如离心或过滤可能导致光催化剂的损失或消耗大量的能源。因此尝试生产可回收的光催化剂，以解决从水溶液中分离和回收精细光催化剂颗粒的困难。研究发现粉末型光催化剂可以沉积在具有多孔结构或粗糙表面的大面积基底表面。通过光催化反应，可以很容易地将底物从溶液体系中去除。在众多基材中，碳布因其独特的物理化学性能，如比表面积大、优异的导电性、高强度、良好的热稳定性、环保性和良好的耐腐蚀性从而被认为是一种有吸引力的候选基材。

氧化锌作为一种性能优异的半导体材料，其纳米材料具有良好的光电性能，在作为光催化剂治理污水方面有着广泛的应用。其中，纳米氧化锌由于制备条件温和、光催化效果好、后续处理简单等特点，在半导体光催化领域有着越来越重要的应用。

然而，传统的纳米氧化锌主存在以下问题：纳米氧化锌作为光催化材料对可见光的吸收较低、量子效率较低、易发生光生电子-空穴对的复合；氧化锌的形貌和颗粒尺寸也对其光催化性能也有影响；纳米氧化锌光催化剂负载后难以分离，关于其负载技术有待进行深入研究，为进一步实现大规模工业生产提供可能。因此，对纳米氧化锌制备技术的改进、提高光催化活性、扩宽对可见光的响应范围等方面进行研究，开发新型高效的光催化反应器具有很重要的实际意义。

发明内容

鉴于上述传统纳米氧化锌的不足，本发明的目的是提供一种用水热法在碳布上负载纳米氧化锌的方法，包括：

(1)碳布预处理

将一定规格的碳布，依次置于丙酮、乙醇、去离子水中，各超声清洗15min，再将清洗好的碳布浸泡于65％的硝酸中3h，随后取出，再用去离子水超声清洗5min，最后在80℃烘箱中干燥2h，得到清洁的碳布备用。

(2)一步水热法制备碳布负载纳米氧化锌

步骤一：按照V(水)：V(无水乙醇)＝2：1的体积比量取10ml水和5ml无水乙醇配置成混合溶液，称取一定量的锌源加入其中，室温下进行超声溶解，然后将步骤一中得到的碳布置于混合液中，浸渍1～2h得到含有碳布的锌源浓度为0.04mol/L混合液A；

步骤二：量取5ml的三乙醇胺加入到溶液A中，超声使之混合均匀，得到溶液B；

步骤三：将溶液B及碳布转移至聚四氟乙烯的内衬中放入烘箱中，进行水热反应，反应温度为170～200℃、反应时间为12～30h；

步骤四：将水热反应得到的碳布负载纳米氧化锌复合材料收集，用去离子水、无水乙醇交替清洗三次，60℃下烘干，即得到碳布负载纳米氧化锌的复合材料。