[發明專利]一種應用低維氧化鋅納米材料進行壓電催化降解有機染料的方法

在審

• 申請號: 202011132769.0
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112209476A
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 郝愛澤;寧雪兒;賈殿贈;姚慧雪
• 申請（專利權）人: 新疆大學
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C02F1/72;B01J23/06;C01G9/02;B82Y40/00;C02F101/30
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本發明公開了一種低熱固相化學法制備不同形貌的氧化鋅納米材料的制備方法并應用于壓電催化降解有機污染物，屬于納米材料制備領域和環境污染技術領域。該技術以二水合醋酸鋅、氫氧化鋅為主要原料，通過簡單的低熱固相化學法制得氧化鋅納米顆粒與氧化鋅納米棒，其優異的壓電催化性能可應用于有機的處理。在超聲振動條件下可以高效的降解水溶液中如亞甲基藍（MB）等的有機染料。氧化鋅納米顆粒在120分鐘時降解MB效率為28%。與氧化鋅納米顆粒相比，氧化鋅納米棒有更高的降解效率，在120分鐘時降解MB效率高達38%，在5.5小時降解效率高達99%且可回收利用。該制備方法具有操作簡便、環境友好、安全系數高、產率高和能耗低的優點，在水污染治理和可再生能源利用方面具有潛在的應用前景。

技術領域

本發明涉及氧化鋅納米顆粒與氧化鋅納米棒低熱固相制備方法及其在降解有機污染物中的應用，屬于納米材料制備領域和環境污染領域。

背景技術

近年來，隨著工業的日益發展，排出大量的廢水、廢氣等污染物，水、土壤和空氣的質量逐漸惡化，特別是難以降解的有機染料的積累使人們的生活受到了巨大的威脅與挑戰。有機染料的種類達數萬種，包括直接染料、酸性染料、冰染染料、活性染料、重氮染料、硫化染料、還原染料、分散染料等。這些染料具有難降解性與持久性，如果沒有降解完全就排放，染料可通過其他途徑進入人體內，最終危害人類健康并造成環境污染。目前降解有機染料的方法有：吸附過濾法、電化學氧化法、光催化法等。為了滿足人們治理水污染以及對綠色環保的生活環境的迫切要求，開發一種新型的、無污染的、降解效率高的、可回收利用的壓電催化技術來降解有機染料是非常有必要的。因此，開發一種在超聲振動條件下降解有機染料的壓電催化劑具有現實意義。

氧化鋅納米材料，是一種典型的半導體和壓電材料，具有良好的光學性質、機械性質、壓電性能，制備成本低且安全可靠。氧化鋅納米材料可作為光催化劑、壓電催化劑、壓電光催化劑應用于降解廢水有機污染物領域。由于其光催化效率低，電荷分離效率低以及在光催化反應過程中光誘導的電子-空穴對的快速重組，在降解有機污染物方面存在著巨大的挑戰。壓電催化是通過外部超聲振動使壓電材料變形，通過壓電效應誘發壓電電位和正負電荷的產生，產生具有強氧化活性的自由基（?OH自由基和?O2-自由基），從而使得有機染料被氧化分解。最近研究報道，通過水熱法合成的氧化鋅納米棒可以用作壓電催化劑分解酸性橙7染料，但與其他壓電催化劑相比，氧化鋅納米棒的壓電催化效率相對較低。因此調制合適的納米結構，開發一種高降解效率和高重復利用率的低維氧化鋅納米材料來增強其壓電催化降解有機染料的實際化應用。

制備氧化鋅納米材料的方法有：水熱法、溶劑熱法、溶膠-凝膠法、沉淀法、金屬有機化學氣相沉積法和濕化化學法，固相化學法等。其中低熱固相化學法操作簡單、生產成本低、環境友好、可靠性高、重復性好、產率高。據報道可知，通過固相化學法制備的氧化鋅壓電催化劑的合成方法及其壓電催化降解有機污染物性能幾乎沒有被研究過。因此，采用簡單的低熱固相化學法制備出不同形貌的氧化鋅納米材料，為提高壓電催化性能降解有機污染物提供了機會，也為制備其他納米材料提供了思路。。

發明內容

本發明的目的一在于為解決上述問題，提供一種具有壓電催化降解有機染料性能的低維氧化鋅納米材料的合成方法，為納米材料制備領域和環境污染領域開發更加高效，清潔，穩定的低維氧化鋅壓電催化劑提供新思路。

的方法，高效降解MB染料，為壓電催化降解染料實現工業化應用提供借鑒。

氧化鋅納米材料降解MB染料的機理為：

ZnO + vibration → ZnO (q⁺+ q^-)

OH^- + q⁺ → ?OH

O₂ + q^- → ?O₂^-