[發(fā)明專利]一種ZrO2納米粉體的制備方法及催化應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610643511.4
• 申請日: 2016-08-01
• 公開（公告）號: CN107673407B
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發(fā)明（設計）人: 張景基;高亞峰;王疆瑛;賈軒睿
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: C01G25/02
• 分類號: C01G25/02;B01J21/06;C02F1/30;B82Y30/00;C02F101/38
• 代理公司: 北京慕達星云知識產(chǎn)權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 李冉

本發(fā)明提出了一種ZrO₂納米粉體的制備方法，其制備過程如下：將有機鋯源加入一定量乙酰丙酮、乙二醇乙醚、乳酸穩(wěn)定劑組成的混合溶液中，攪拌、混合，配制溶膠前驅體；將溶膠前驅體移至可通氣的反應釜中，通入0～2.4MPa氮氣和氧氣的混合氣，180～240℃溶劑熱反應4?24h；反應完成后，經(jīng)洗滌、干燥，得到ZrO₂納米粉體。通過控制溶劑熱反應溫度、氣壓、氣氛，可以調控ZrO₂納米粉體的晶相、晶粒尺度以及氧空位濃度。本發(fā)明還提出了該ZrO₂納米粉體在光催化降解鹽酸四環(huán)素方面的應用。本發(fā)明制備方法簡單、重復性好、反應條件易控，催化反應具有零排放、零污染的優(yōu)點。

技術領域

本發(fā)明屬于納米催化材料制備及應用的技術領域，具體涉及一種氧空缺可控的ZrO₂納米粉體制備方法及催化應用。

背景技術

煤、石油和天然氣等石化資源是當今社會發(fā)展的主要能源支撐和現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的命脈，然而它們是不可再生的、有限的，隨著人口增長和經(jīng)濟發(fā)展正以越來越快的速度消減。同時，石化資源的開采和利用也造成環(huán)境污染和極端氣候等問題。而生物質資源因其可再生、環(huán)境友好、分布廣泛、儲量豐富等特點受到世界各國人民的廣泛關注。生物質大都以植物體形式存在，主要成分是木質素、纖維素和半纖維素。在木質生物質中，木質素含量在20％左右，纖維素約占40％，半纖維素約為25％左右。ZrO₂材料因其具有弱的酸堿性和氧化-還原特性，被廣泛應用于氫化、酯化和氧化等可再生的化工行業(yè)。2012年，美國林鴻飛課題組發(fā)現(xiàn)ZrO₂水熱氧化纖維素轉化羧酸平臺化合物具有較好的選擇性，尤其乙酰丙酸產(chǎn)率可達50％，且5次循環(huán)使用后，其產(chǎn)率仍達到40％(Hongfei Lin，et al.Energy&Environmental Science，5(2012)9773)。該綠色催化工藝為生物質纖維素轉化羧酸平臺化合物的研究提供了新的思路，但需要進一步開發(fā)催化劑以提高選擇性和產(chǎn)率。

環(huán)境污染是當今世界各國面臨的另一大難題。許多有毒有害的有機污染物具有致癌、致畸、致突變性，這些有機污染物采用傳統(tǒng)的生物處理工藝難以去除，而光催化氧化降解對許多有毒有害的有機污染物的處理顯示出其獨特的優(yōu)勢。光催化能將難降解的有機污染物氧化、分解成H₂O、CO₂和無機鹽等，使有機物部分或完全礦物質化，從而達到污染物無害化處理的要求。四環(huán)素抗菌素由于其生物活性能產(chǎn)生抗藥性細菌和誘導許多類生物體的不理想的生物反應，被認為是潛在的微污染物。這些抗菌素廣泛用于人類和牲畜的疾病控制，排泄物或處理的過期藥物最終沉入水和土壤中，然而通過傳統(tǒng)的生物降解難以去除。因而需要開發(fā)一種光催化劑進行凈化處理。ZrO₂材料通常具有寬的帶隙，引入氧空位能窄化帶隙，促進其在可見光催化凈化處理中的應用。目前，ZrO₂納米材料被廣泛應用于光催化降解甲基藍、甲基橙、羅丹明B等染料，但未見光催化降解抗菌素的報道。

發(fā)明內容

本發(fā)明針對寬帶隙ZrO₂材料的可見光催化效率低的技術問題，以及改善生物質催化氧化選擇性、產(chǎn)率，提出了一種氧空位可控ZrO₂納米粉體的制備方法及其在催化領域中的應用，具有很好的市場應用前景。

一種ZrO₂納米粉體制備方法，其制備過程如下：

(1)將15～30ml乙酰丙酮和15～30ml乙二醇乙醚混合，攪拌10～30min，配成均一透明的A溶液；

(2)在A溶液中加入0.01～0.1mol乳酸穩(wěn)定劑，攪拌10～30min，配制透明的B溶液；

(3)在B溶液中加入0.01～0.1mol有機鋯源，攪拌10～30min，制得透明狀溶膠前驅體；