[發(fā)明專利]氧化鋅/石墨烯/氧化石墨烯/碳納米管氣凝膠及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110780172.5
• 申請日: 2021-07-09
• 公開（公告）號: CN113578212B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發(fā)明（設計）人: 沈洋;龔孫燕;馬德明;李恩玲;成鳳嬌;趙書慶;杜文青;張?zhí)靾?/a>;袁佩;郭建偉;徐川;王姣姣
• 申請（專利權(quán)）人: 西安理工大學
• 主分類號: B01J13/00
• 分類號: B01J13/00;B01J23/06;B01J32/00;B01J21/18;C02F1/30;C02F1/28;C01G9/02;C01B32/19;C02F101/30;C02F101/34;C02F101/36;C02F101/38
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 徐瑤

本發(fā)明公開的一種氧化鋅/石墨烯/氧化石墨烯/碳納米管氣凝膠的制備方法，具體包括如下步驟：步驟1，將氧化石墨烯水溶液、碳納米管水溶液與鋅鹽溶液混合均勻，分四次向上述混合溶液中滴加堿性溶液，得到前驅(qū)體溶膠；步驟2，將步驟1得到的前驅(qū)體溶膠進行真空抽濾，得到濕凝膠；步驟3，將步驟2得到的濕凝膠放入冷凍干燥機中進行快速冷凍和冷凍干燥，得到氫氧化鋅/氧化石墨烯/碳納米管復合氣凝膠；步驟4，將步驟3得到的氫氧化鋅/氧化石墨烯/碳納米管復合氣凝膠放入恒溫箱或者管式爐中進行熱處理0.5～4.0h，即得。該種氣凝膠與納米氧化鋅相比提高了光催化材料降解有機染料的降解效率和降解速率。還公開該種氣凝膠的制備方法。

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于光催化劑的制備及結(jié)構(gòu)調(diào)控技術(shù)領域，具體涉及一種氧化鋅/石墨烯/氧化石墨烯/碳納米管氣凝膠，還涉及一種氧化鋅/石墨烯/氧化石墨烯/碳納米管氣凝膠的制備方法。

背景技術(shù)

近年來，隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展和環(huán)境污染的日益加劇，水體的有機污染物處理越來越受到廣泛關(guān)注。處理廢水中有機污染物的傳統(tǒng)方法主要包括物理吸附、化學氧化和生物降解等，但存在能耗高、對環(huán)境有二次污染和降解速度慢等局限性。光催化技術(shù)是一種新型的“綠色可持續(xù)”技術(shù)，它具有環(huán)保、高效、低能耗、無二次污染、應用范圍廣等優(yōu)點。光催化過程主要由四個部分組成：(1)催化劑吸附污染物；(2)催化劑吸收光子后發(fā)生電子躍遷，產(chǎn)生電子-空穴對；(3)光生載流子分離并轉(zhuǎn)移至材料表面；(4)分別發(fā)生氧化還原反應。因此制備出催化效率高、使用壽命長、制備成本合適的光催化材料是至關(guān)重要的。

氧化鋅是一種儲量豐富、價格低廉的新型無機半導體材料，其具有較高的光催化活性。但由于小尺寸效應，氧化鋅在納米級尺寸才能實現(xiàn)較高的光催化效率，然而納米級氧化鋅具有比表面積大和比表面能高等特點，自身易團聚，表面極性較強，在介質(zhì)中不易均勻分散，導致氧化鋅的比表面積低、光催化氧化反應活性位點少；此外，常溫下氧化鋅的禁帶寬度約為3.37eV，導電性較差，光生電子-空穴對易復合，導致量子效率低，且對太陽光譜響應范圍窄(波長短于368nm部分)，對太陽光的利用率低(僅3％左右)；以金屬或有機物作為氧化鋅的負載材料，雖然能在一定程度上彌補氧化鋅的上述不足，但光腐蝕效應導致負載催化劑的材料本身也會遭到分解，一旦催化粒子脫落，材料就失效了，甚至可能對環(huán)境造成二次污染；這些因素極大地限制了氧化鋅光催化性能的發(fā)揮。

常見的納米氧化鋅改性方法有(1)貴金屬沉積法：由于半導體的功函數(shù)比金屬原子低，用金屬原子改性半導體時，產(chǎn)生的電子會遷移至金屬原子以持平兩者的費米能級，電荷轉(zhuǎn)移會彎曲半導體能帶，在界面處會產(chǎn)生淺勢肖特基勢壘，能減少氧化鋅中光生載流子的復合，可提高光催化性能，但由于貴金屬成本太高，不適宜廣泛應用；(2)半導體復合法：半導體與氧化鋅復合后，會形成中間能級，將光生載流子遷移至氧化鋅的導帶上，有效地促進了光生載流子地分離，也可以提高光催化活性；(3)引入載體法：合適地催化劑載體能夠催化劑地催化活性，降低生產(chǎn)成本以及增強穩(wěn)定性，催化劑載體材料一般具有較大地比表面積，能夠固定氧化物半導體，組織半導體粒子的團聚。

氧化石墨烯具有較高的比面積，其表面富含親水官能團，對染料分子具有良好的親和力，因此能夠容易地實現(xiàn)氧化石墨烯在水中均勻分散并吸附溶解在水中的有機染料分子。采用一定的方法將氧化石墨烯表面富含親水官能團去除，從而將氧化石墨烯還原為石墨烯，可以提高材料的導電能力。據(jù)報道，利用石墨烯作為氧化鋅的載體，可以提高其光催化性能。這是由于石墨烯具有良好的導電性，在氧化鋅與石墨烯接觸界面處會產(chǎn)生淺勢肖特基勢壘，這能夠減少氧化鋅中光生載流子的復合，進而提高氧化鋅的光催化性能。