[發(fā)明專(zhuān)利]一種負(fù)載高嶺土的Mn摻雜ZnO的復(fù)合材料的制法和應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110097355.7
• 申請(qǐng)日: 2021-04-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112892524A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張訓(xùn)波
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 重慶茨文科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): B01J23/34
• 分類(lèi)號(hào): B01J23/34;B01J37/34;B01J37/10;C02F1/30;C02F101/30;C02F101/34;C02F101/36;C02F101/38
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本發(fā)明涉及光催化降解技術(shù)領(lǐng)域，且公開(kāi)了一種負(fù)載高嶺土的Mn摻雜ZnO的復(fù)合材料，獨(dú)特的海膽狀形貌，增加了Mn摻雜ZnO對(duì)光能的接觸和利用率，MnCO₃不參與實(shí)際的化學(xué)反應(yīng)，Mn離子摻雜可以改善ZnO的光降解性能，這主要?dú)w因于Mn離子摻雜，使其成為電子和空穴的陷阱，從而減少了電子和空穴的再結(jié)合并提高了光降解效率，另外，Mn摻雜將雜質(zhì)能級(jí)引入ZnO的帶隙中，這增強(qiáng)了樣品在可見(jiàn)光區(qū)域的吸收并提高了光的利用率，與純ZnO相比，當(dāng)高嶺土負(fù)載ZnO時(shí)，能夠減少了粉末的團(tuán)聚，且改性高嶺土可以改善有機(jī)化合物的吸附，增加有機(jī)化合物與光催化劑之間的接觸，促進(jìn)光生電子和空穴的分離，并且不會(huì)抑制光催化劑對(duì)光能的有效吸收。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光催化降解技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種負(fù)載高嶺土的Mn摻雜ZnO的復(fù)合材料的制法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

目前，傳統(tǒng)的廢水處理方法存在成本高，處理效率低等問(wèn)題，然而，半導(dǎo)體光催化具有處理效率高，應(yīng)用范圍廣，減少二次污染等優(yōu)點(diǎn)，在水污染治理中具有廣闊的應(yīng)用前景，環(huán)境廢水的光催化降解是上世紀(jì)80年代開(kāi)發(fā)的一種新型水處理技術(shù)，它能將水中的大量有機(jī)物完全分解為無(wú)污染的無(wú)機(jī)小分子，避免二次污染，降低處理成本低，操作條件簡(jiǎn)單，氧化能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已成為近年來(lái)污染控制技術(shù)的研究熱點(diǎn)。

ZnO是一種自活化的半導(dǎo)體材料，可廣泛應(yīng)用于短波光電器件，壓敏電阻，傳感器，光催化等領(lǐng)域，納米氧化鋅還具有出色的物理和化學(xué)性能，例如高熱穩(wěn)定性，化學(xué)穩(wěn)定性和不導(dǎo)電性，無(wú)毒，被認(rèn)為是最有前途的光催化劑之一，但它具有一些缺點(diǎn)，例如其比表面積小，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的團(tuán)聚，同時(shí)，帶隙寬，僅對(duì)紫外線有反應(yīng)，使得光生電子與空穴容易出現(xiàn)復(fù)合，而且催化劑顆粒越小，從系統(tǒng)中分離出來(lái)就越困難，無(wú)法回收。

(一)解決的技術(shù)問(wèn)題

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種負(fù)載高嶺土的Mn摻雜ZnO的復(fù)合材料的制法和應(yīng)用，解決了單純的ZnO光催化材料的聚團(tuán)以及光生電子和空穴容易復(fù)合，嚴(yán)重影響其對(duì)甲基橙和亞甲基藍(lán)等有機(jī)污染物的光催化降解活性。

(二)技術(shù)方案

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種負(fù)載高嶺土的Mn摻雜ZnO的復(fù)合材料，所述負(fù)載高嶺土的Mn摻雜ZnO的復(fù)合材料制備方法包括以下步驟：

(1)將在煅燒處理后的高嶺土置于鹽酸溶液中，控制高嶺土和HCl的質(zhì)量比為100:100-150，在80-100℃下加熱回流酸化處理3-6h，冷卻，離心分離，蒸餾水洗滌純化，得到改性高嶺土，

(2)將硝酸鋅、聚乙二醇和改性高嶺土加入蒸餾水中，超聲至均勻，置于超聲裝置中，在40-60℃，滴加氫氧化鉀與碳酸錳的混合溶液，超聲反應(yīng)4-8min，得到前驅(qū)體溶液，

(3)將前驅(qū)體溶液轉(zhuǎn)移進(jìn)反應(yīng)釜中，進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)后再離心、洗凈、真空干燥，即可得到負(fù)載高嶺土的Mn摻雜ZnO的復(fù)合材料，應(yīng)用于光催化降解領(lǐng)域。

優(yōu)選的，所述步驟(1)的改性高嶺土、硝酸鋅、聚乙二醇、碳酸錳和氫氧化鉀的質(zhì)量比120-180:100:280-350:2-3:500-550。

優(yōu)選的，所述超聲裝置包括水浴鍋，水浴鍋內(nèi)部設(shè)置有燒杯，水浴鍋?zhàn)笊戏皆O(shè)置有進(jìn)水孔，水浴鍋右下方設(shè)置有出水口，水浴鍋下方固定連接有超聲振子，水浴鍋外側(cè)設(shè)置有保溫層。

優(yōu)選的，所述步驟(3)的水熱反應(yīng)的溫度為100-120℃，反應(yīng)時(shí)間為9-12h。

優(yōu)選的，所述負(fù)載高嶺土的Mn摻雜ZnO的復(fù)合材料應(yīng)用于光催化降解領(lǐng)域。

(三)有益的技術(shù)效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具備以下實(shí)驗(yàn)原理和有益技術(shù)效果：