[發明專利]用于水二次處理的二維蜂窩狀ZnO/沸石的制備方法

在審

• 申請號: 201310673726.7
• 申請日: 2013-12-06
• 公開（公告）號: CN104689842A
• 公開（公告）日: 2015-06-10
• 發明（設計）人: 劉志鋒;劉志超;張晶;崔婷
• 申請（專利權）人: 天津城建大學
• 主分類號: B01J29/03
• 分類號: B01J29/03;B01J29/06;C01B37/00;C01B39/02;C02F1/32
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明屬于環境復合材料制備領域，具體為用于水二次處理的二維蜂窩狀ZnO負載在人工合成沸石上的制備方法。

技術背景

水是生命的源泉，是生命存在的必要條件。隨著現代經濟的迅速發展，使得大量的工業、農業和生活廢棄物排入水中，使水體受到污染。水資源的污染不但惡化整個地球生態，還給人類健康構成了巨大的危害。因此，水污染治理作為環保領域的重要課題受到全球范圍的重視。而現有解決水污染的主要方法有生物降解法、活性炭吸附法、過濾、化學氧化法等，但是這些方法并不能從根本上使污染物無害化。正因為如此，促進了人們對治理污染新型方法的研究。

自1972年Fuiishima和Honda在《Nature》上發表了一篇關于在光催化作用下在TiO₂電極上水分解成氫的論文后，TiO₂光催化材料一直是許多學者研究的熱點。大量有關于光催化的實驗在各個學科領域展開，比如物理、化學和材料等，科學家們開始探索光催化的原理及其應用技術，光催化一度成為最前沿活躍的科研之一。

ZnO是一種與TiO₂有相同性質的寬禁帶半導體光催化材料。所謂光催化，即是納米半導體材料在光的照射下，通過把光能轉化為化學能，促進化合物的合成或使化合物(有機物、無機物)降解的過程。光催化的基本原理為：當半導體納米粒子在用等于或大于禁帶寬度(也稱帶隙Eg)能量的光子照射時，半導體的價帶電子被激發，越過禁帶躍遷到導帶，在導帶上產生帶負電的高活性電子(e^-)，在價帶上留下帶正電荷的空穴(h⁺)，導帶上的電子具有強還原性，光生空穴具有強氧化性，從而形成了具有高度活性的光生電子-空穴對。這些電子和空穴遷移到粒子表面后，由于空穴的氧化能力，會使吸附在催化劑表面的水分子失去電子，生成氧化能力很強的羥基自由基(·OH)或者·HO₂等強氧化劑。由于光生電子的還原能力，使催化劑表面的溶解氧(O₂)生成高度還原活性的超氧負離子(O^2-)，作為羥基自由基(·OH)的另一種來源。羥基自由基(·OH)是一種無選擇性的強氧化劑，通常認為是光催化反應體系中的主要氧化劑，可以氧化各種難降解的有機物，使之分解成H₂O、CO₂和其他無機物，與超氧負離子(O^2-)在催化劑表面形成氧化還原體系，大多數有機物和無機物都能被形成的光生電子-空穴對直接或間接地氧化和還原。

納米ZnO光催化劑的應用主要有兩種形式：懸浮型和負載型。但通常的懸浮相光催化法存在著催化劑易失活、回收難、費用高等缺點，而負載型ZnO催化劑易分離、便于回收、可重復適用，是當前半導體光催化材料領域研究的熱點之一。負載型納米ZnO光催化劑常用的載體有：粘土、玻璃纖維、SiO₂、活性碳、沸石等。而沸石是一種多孔鋁硅酸鹽礦物，具有較大的比表面積、強的離子交換能力和吸附性能，在其結構中可以形成穩定的、分子尺寸的半導體納米團簇，因而沸石負載型光催化劑顯示出比其它載體更高的活性，是一種很有前景的光催化劑載體。研究表明，粉煤灰在組成上類似于火山灰物質，主要由硅鋁酸鹽非晶相玻璃相物質組成(主要是SiO₂和Al₂O₃)，且含量約占60％～80％，這就為人工合成沸石找到了廉價的合適的硅源、鋁源，而且實現了廢物“零排放”和“資源化”的要求。

盡管沸石負載ZnO有效的解決了易團聚、回收難的問題，但實驗表明大多數負載型納米ZnO光催化劑的活性比單純納米ZnO顆粒有不同程度的降低。為了解決這個問題，我們提出了一種全新的思路，將負載在沸石上的納米ZnO顆粒通過一定的方法轉變成二維蜂窩狀的納米結構。同顆粒狀的ZnO相比，二維蜂窩狀納米ZnO具有更大的比表面積，使得其表面的光催化反應速率大大地提高。

發明內容

本發明的目的在于提出一種用于水二次處理的二維蜂窩狀ZnO/沸石的制備方法。

一種用于水二次處理的二維蜂窩狀ZnO/沸石復合材料的制備方法：首先利用粉煤灰制備出人工合成沸石；然后通過溶膠凝膠法配制ZnO種子層溶液；接著將沸石放入上述配好的ZnO種子層溶液中，得到ZnO種子層/沸石復合材料；最后將制備好的ZnO種子層/沸石材料在配置好的ZnO生長溶液中水熱處理，得到二維蜂窩狀ZnO/沸石復合材料。