[發明專利]一種氧化鋅微米棒壓電催化劑及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202010878095.2
• 申請日: 2020-08-27
• 公開（公告）號: CN112108141A
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 彭楓萍;李昊臻;王衛;許婉馨
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: B01J23/06
• 分類號: B01J23/06;B01J37/10;B01J37/08;C02F1/34;C02F101/34;C02F101/36;C02F101/38
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 錢超

本申請公開了一種氧化鋅微米棒壓電催化劑及其制備方法與應用，利用乙酸鋅作為鋅鹽，六亞甲基四胺作為堿源，通過水熱方法制備得到氧化鋅微米棒。所得到的氧化鋅微米棒由于其壓電性能和棒狀結構，能夠吸收周邊環境中的機械能產生壓電效應，在其表面產生載流子，從而驅動降解廢水中的污染物。該方法為處理水污染提供了新的途徑，可以充分利用環境中的廢能如噪聲、水流等治理污水，而不需要其他能量的補充。該方法操作簡單，成本低，重復性好，適合大規模工業化生產。

技術領域

本發明屬于壓電催化技術領域，特別涉及氧化鋅微米棒壓電催化劑及其制備方法與應用。

背景技術

工業社會的快速發展，使得人們面臨日益嚴峻的環境污染問題，其中工業產生的廢水中含有大量的有機污染物質，這些有害污染物對生物健康造成巨大的危害。光催化材料可以在一定能量光波的激發下產生電子空穴對，載流子遷移到材料表面可以與表面吸附物質發生氧化還原反應。利用這一特性，光催化材料可以應用于降解有機污染物、光解水產氫等領域。然而，光催化材料在水污染處理的應用依然面臨許多問題，包括：（1）太陽光是光催化材料最理想的激發光源，但是大部分光催化材料只對太陽光譜中比例較小的紫外光響應，從而導致太陽光利用率較低；（2）光催化材料需要在光照條件下才能發揮作用，限制了其應用范圍和場景，無法全天候進行催化反應；（3）一些光催化材料穩定性較差，在經過一段時間的使用之后會發生光氧化的現象。

氧化鋅是一種紫外光響應的半導體光催化材料，同時也是一種應用廣泛的壓電材料，當一根 ZnO 納米棒受到沿徑向方向的橫向應力時，晶體結構內部就產生電極化現象，同時在某兩個表面上產生符號相反的靜態電荷，這些分布在表面和界面的電荷同樣可以催化降解有機污染物。因此利用氧化鋅這一壓電特性，在攪拌、超聲、水流等外部能量作用下，可以將機械能裝換為化學能，實現催化降解污水中的有機污染物。

發明內容

解決的技術問題：本申請主要是提出一種氧化鋅微米棒壓電催化劑及其制備方法與應用，解決現有技術中存在的太陽光利用率較低、穩定性較差、無法全天候進行催化反應等技術問題，所制備的氧化鋅為微米級的棒狀結構，可以在超聲、攪拌等機械能作用下實現降解有機污染物，而不需要光源。

技術方案：

一種氧化鋅微米棒壓電催化劑，所述氧化鋅微米棒的長度為4~12 μm，直徑為1~4 μm，其晶體結構為六方纖鋅礦型。

一種氧化鋅微米棒壓電催化劑的制備方法，具體包括如下步驟：

第一步：按摩爾比1:1~1:2稱取鋅鹽和堿源；

第二步：以去離子水為反應溶劑，將鋅鹽和堿源溶于去離子水中，在25℃下攪拌60min得到混合均勻的水溶液；

第三步：將水溶液轉移至聚四氟乙烯反應釜中水熱法反應；

第四步：反應結束后，用去離子水洗滌樣品；

第五步：最后在200℃空氣中煅燒2h，制得所述氧化鋅微米棒壓電催化劑。

作為本發明的一種優選技術方案：所述鋅鹽為乙酸鋅，所述鋅鹽為乙酸鋅。

作為本發明的一種優選技術方案：所述堿源為六亞甲基四胺。

作為本發明的一種優選技術方案：所述第三步水熱法的反應溫度為60~120 ℃，反應時間為8~15 h。

作為本發明的一種優選技術方案：所述第四步去離子水洗滌后的樣品在60℃真空干燥12h。

本發明還公開了一種氧化鋅微米棒壓電催化劑在水污染處理中的應用。

作為本發明的一種優選技術方案：所述氧化鋅微米棒壓電催化劑能夠在聲波驅動下降解有機污染物。