[發明專利]一種氧化鋅/凹凸棒石復合光催化材料的制備方法

無效

• 申請號: 201210383022.1
• 申請日: 2012-10-10
• 公開（公告）號: CN102872851A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 彭勇剛;紀俊玲;汪媛;趙曉燕;萬懷新
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: B01J23/06
• 分類號: B01J23/06;B01J35/00;C02F1/30
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技術領域

本發明屬于環境保護領域，具體涉及一種氧化鋅/凹凸棒石復合光催化材料的制備方法。

背景技術

納米半導體光催化技術作為一種有效的環境污染物治理方法受到廣泛關注。納米氧化鋅是極少數幾個可以實現量子尺寸效應的氧化物半導體材料，在某些條件下，具有比TiO₂更高的光催化性能，在光催化降解有機廢水方面顯示出良好的應用前景。然而，在實際使用過程中，由于懸浮于溶液中的光催化劑顆粒細小，存在易隨水流失、回收困難等缺陷，將光催化劑固定在合適的載體上可有效解決這一問題。

凹凸棒石是一種具有獨特鏈層結構的晶質水合鎂鋁硅酸鹽礦物，具有比表面積大，化學穩定性好，吸附能力強等特點，在建材、環保、化工、食品、醫藥、農業等領域有著廣泛的應用。將光催化材料固定在凹凸棒石上，不僅可解決實際使用過程中光催化劑回收困難的問題，而且可將凹凸棒石優異的吸附性能與光催化材料有機結合，增加光催化反應的比表面積，提高光催化反應速率和效率。

專利（公開號：CN101444717A）公開了一種凹凸棒土/氧化鋅納米復合材料的制備方法，該方法以鋅鹽和碳酸鹽為原料，首先將鋅鹽和碳酸鹽溶液加入到凹凸棒土分散液中，攪拌0.5-5h后過濾，將得到的濾餅充分洗滌后在300-600℃下高溫煅燒1-10h而得。該方法不僅制備時間長，而且需要高溫煅燒，消耗大量的能源。

發明內容

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種操作方便快捷、成本低、能源消耗少的氧化鋅/凹凸棒石復合光催化材料的綠色制備方法。

本發明所采用的技術方案是：首先將凹凸棒石超聲分散在醇溶液中，然后加入Zn(OAC)₂·6H₂O，攪拌下加熱使Zn(OAC)₂·6H₂O完全溶解后，冷卻到室溫，然后超聲反應一定時間，沉淀過濾、洗滌、烘干而得。

本發明提供的氧化鋅/凹凸棒石復合光催化材料的制備方法按照以下步驟進行：（1）將凹凸棒石粉體以固液質量體積比（g：ml）1:10-1:30分散于醇溶液中，超聲處理10-30min，制得凹凸棒石懸浮液；將Zn(OAC)₂·6H₂O加入到凹凸棒石懸浮液中，攪拌下加熱至100-120℃，待Zn(OAC)₂·6H₂O完全溶解后，降至室溫，得到含醋酸鋅前驅體的凹凸棒石懸浮液；（2）將含醋酸鋅前驅體的凹凸棒石懸浮液轉入超聲反應器中，將鈦合金超聲探頭（尖端直徑15mm）浸入反應液中，超聲反應，待反應結束后，冷卻至室溫，沉淀過濾后，分別用無水乙醇、蒸餾水洗滌、烘干，即得氧化鋅/凹凸棒石復合光催化材料。

由上述技術方案可知：本發明首先采用超聲分散的方式制備凹凸棒石的醇懸浮液，超聲波的空化作用產生巨大的沖擊力和微射流，在其作用下，纖維狀凹凸棒石聚集體被很好的分散；醋酸鋅是一種路易斯酸，羰基碳原子上的電子云密度較低，醇羥基上的氧原子親核進攻羧基碳原子，在超聲波空化作用產生的瞬間高溫高壓下，形成Zn(OH)₂并進一步脫水生產ZnO（具體反應歷程見附圖3）。醇既是反應介質，又作為親核試劑參與反應，同時還是氧化鋅的生長控制劑，阻止制備過程中氧化鋅/凹凸棒石顆粒的團聚。

作為優選，步驟（1）中所述的醇為：1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、一縮二乙二醇、1,4-丁二醇中的一種；這些醇沸點高，在超聲波的作用下，容易在溶液中產生瞬間的高溫高壓，利于ZnO的生成。

作為優先，步驟（1）中所述的醋酸鋅的用量以生成ZnO的質量計，占凹凸棒石質量的10-90%；醋酸鋅的用量過低，會使得制備的氧化鋅/凹凸棒石復合光催化劑的催化效果差；醋酸鋅的用量過高，影響氧化鋅/凹凸棒石復合光催化劑的回收。

作為優選，步驟（2）中所述的超聲反應功率為360W-1800W，超聲時間30-120min。超聲功率過低、超聲時間過短，不利于ZnO的生成；超聲功率過高、超聲時間過長，不僅浪費資源，而且會導致溶液過熱，加劇粒子的團聚。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

（1）本發明利用超聲波空化作用使纖維狀凹凸棒石聚集體在醇溶液中很好的分散；利用空化作用產生的高溫高壓制備ZnO，操作簡單，反應速率快，產率高，粒子尺寸、形貌易于控制；

（2）本發明選用醋酸鋅和醇作為反應物，無需添加其他有毒有害化學品，反應結束后，無需高溫煅燒，綠色安全，節能環保；