[發明專利]一種叉指形有機污染物光降解器及其制備方法

有效

• 申請號: 201611030175.2
• 申請日: 2016-11-15
• 公開（公告）號: CN106587249B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 景蔚萱;高崐;周帆;吳瓊;蔣莊德;徐志鵬;高偉卓;崔奇兵
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C02F1/30
• 分類號: C02F1/30;B01J23/06;C02F101/30
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

本發明公開了一種叉指形有機污染物光降解器及其制備方法，在玻璃基底上排列固定光纖纖芯，形成三維圓柱形微米級結構，在三維圓柱形微米級柵線結構上合成ZnO納米線，得到的三維圓柱形跨尺度結構陣列在相同的投影區域內比平面結構具有更大的反應面積，有利于實現微流道的小型化；三維圓柱形微米級柵線結構上合成的ZnO納米線發散性好，能夠增大光催化的有效面積；同時，ZnO納米線的表面活性高，易于產生電子空穴對，有利于提高光降解效率。

技術領域

本發明屬于微納米制造技術領域，具體涉及一種叉指形有機污染物光降解器及其制備方法。

背景技術

光催化降解主要以半導體材料為催化劑，可以有效地利用太陽能光催化降解有毒污染物，具有高效、環保、節能等特點。隨著微細加工技術的不斷發展，微流道在污水處理領域受到了廣泛關注，尤其是納米材料修飾的微流道。例如：Zhitao Han等人采用光刻工藝在硅片上制備了矩形結構的微流道，通過水浴法在微流道內壁合成了ZnO納米線，該結構的反應器比平面結構的反應器的光降解效率高。Zhaoxu Meng等人利用軟光刻在玻璃上制備了蛇形結構的微流道，通過靜電紡絲在其表面修飾TiO₂納米纖維，該結構的反應器催化面積和催化效率都較平面型反應器高出很多。Wei Zhang等人在內徑為530μm的石英玻璃管內，通過水浴法和溶膠凝膠法分別生長ZnO納米棒和Pt粒子，在玻璃管內部生長出長達50μm的草狀微納米結構，該結構可以極大地提高催化作用，并且具有較高的物理和化學穩定性。目前，光催化材料主要包括ZnO，TiO₂，SnO₂，ZrO₂和CdS等，其中ZnO納米材料具有比表面積大、催化活性高、理化性能穩定、無毒性、環保和容易制備等優點，現已廣泛用于廢水中有機污染物的光降解處理中。以往的光催化反應器以平面結構居多，其催化效率低；此外，基于微流道的曲面反應器需曝光、刻蝕等微細加工技術制備，其工藝過程復雜，生產成本高。

發明內容

為了解決現有技術中的問題，本發明提出一種叉指形有機污染物光降解器及其制備方法，制備方法簡單、高效、低成本，合成的ZnO納米線的發散性強，有效面積大，能夠縮小光催化微流道的體積、加速反應物的吸附和分離，能夠避免催化劑的堆積，提高光降解性能。

為了實現以上目的，本發明所采用的技術方案為：

一種叉指形有機污染物光降解器的制備方法，包括以下步驟：

1)取潔凈的兩塊玻璃基底；

2)在兩塊玻璃基底上均橫向等間距平行設置若干根光纖纖芯，并采用PDMS膠固定若干根光纖纖芯軸向的一端，形成三維圓柱形微米級柵線結構；

3)采用水浴法分別在兩塊玻璃基底的三維圓柱形微米級柵線結構上生長ZnO納米線，形成三維圓柱形跨尺度結構陣列；

4)將其中一個玻璃基底翻轉后，使兩塊玻璃基底的三維圓柱形跨尺度結構陣列相互插置交錯相扣，使光纖纖芯相互平行且PDMS膠位于光纖纖芯軸向兩端，相鄰光纖纖芯間形成流道，光纖纖芯軸向一端通過一端PDMS膠固定，軸向另一端與另一端PDMS膠留有間隙使相鄰的流道連通，構成叉指形微流道，處于叉指形微流道最外側的光纖纖芯采用PDMS膠密封；

5)在光纖纖芯軸向端的PDMS膠與叉指形微流道兩根最外側的光纖纖芯間的間隙分別設置導管，作為叉指形微流道的進口和出口，即得到叉指形有機污染物光降解器。

所述步驟1)中在兩塊玻璃基底的上均設置十字形對準標記，且在步驟4)中兩塊玻璃基底通過十字形對準標記進行定位形成叉指形微流道。

所述步驟2)中首先在兩塊玻璃基底上均橫向緊密排列若干根光纖纖芯，采用PDMS膠固定若干根光纖纖芯軸向的一端，然后等間距抽掉若干根光纖纖芯后得到三維圓柱形微米級柵線結構。