納米ZnO/C復合光催化劑及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光催化劑，具體涉及一種納米ZnO/C復合光催化劑及其制備方法。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著經(jīng)濟、工業(yè)的發(fā)展，人口的持續(xù)增長，能源危機和環(huán)境污染成為當今科技領域的兩大主題，特別是環(huán)境污染越來越嚴重，其中水污染尤為突出，引起了人們的高度重視。光催化技術以其催化活性高、低能耗、氧化能力強及無二次污染等優(yōu)點，被廣泛應用于生物難降解的有機廢水和綜合廢水的處理中。在眾多半導體光催化劑中，ZnO具有較大的帶隙寬(Eg=3.37eV)及較高的電子激發(fā)結合能(60meV)，并且ZnO的制備方法通常簡單、無毒、環(huán)境友好，尤其是一維ZnO納米棒，以其較大的長徑比，較高的強度及比表面積受到人們的廣泛關注。
[0003]然而，由于ZnO是兩性物質(zhì)，在強酸、強堿下易溶解；且受光激發(fā)后，產(chǎn)生的電子-空穴對易復合，對可見光的響應性差，使得ZnO的催化活性降低，限制了其在實際中的應用。因此，研究者們采用了許多方法克服上述缺陷，包括結構形貌的調(diào)控、離子摻雜、貴金屬沉積、半導體基復合等，其中構建復合材料是一種簡單有效的改善ZnO光催化活性的方法。
[0004]碳材料具有優(yōu)異的吸附性能，在光降解過程中，可將有機物吸附到催化劑附近，提高催化劑的降解效率；某些碳材料還具有優(yōu)良的電子存儲能力，可以接收半導體迀移到碳上的電子，從而抑制電子與空穴的復合；此外，碳材料具有化學穩(wěn)定性好等優(yōu)異性能成為研究的熱點。葡萄糖則是一種廉價易得、可作為碳源的理想材料，將其包裹在ZnO納米微粒表面制備納米ZnO/C復合光催化劑，一方面可以提高ZnO的耐酸堿腐蝕性；另一方面可充分利用碳的吸附性能，更集中有效地對有機污染物進行吸附及光降解。將碳與納米ZnO有效地結合，用于廢污處理，有望成為人們研究的熱點問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種納米ZnO/C復合光催化劑及其制備方法，具有良好的分散性和較大的比表面積，通過調(diào)節(jié)反應條件來控制碳層的厚度，從而有效提高復合光催化劑的光催化效率。
[0006]本發(fā)明所采用的技術方案是:
納米ZnO/C復合光催化劑的制備方法，其特征在于:
由以下步驟實現(xiàn):
步驟一:煙花狀納米ZnO的制備:
將二水合醋酸鋅置于陶瓷坩禍中，二水合醋酸鋅的體積與坩禍的總容積比例為(2-3):60，蓋上坩禍蓋，然后置于箱式電阻爐爐腔中，由室溫加熱至300°C后，煅燒l_3h，逐漸降至室溫，即在坩禍壁上生成煙花狀納米ZnO ; 步驟二:納米ZnO的表面氨基化:
稱取步驟一中0.1-0.3g煙花狀納米ZnO，加入到25-35mL無水乙醇中，滴加2.5_3g硅烷偶聯(lián)劑，超聲分散，然后轉(zhuǎn)移至10mL三口燒瓶中，80°C冷凝回流7_8h，離心分離，并用乙醇反復洗滌得氨基化的納米ZnO ；
步驟三:ZnO/C復合光催劑的制備:
稱取0.05 g氨基化的納米ZnO和0.05-0.2g葡萄糖溶于乙醇中，超聲分散后，轉(zhuǎn)移至10mL三口燒瓶中，60 °C水浴反應2h ;接著，將其轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯水熱反應釜中，進行微波輔助水熱反應，在180-190°C下反應90-100min，離心收集產(chǎn)物，用無水乙醇反復洗滌，得納米ZnO/C復合光催化劑。
[0007]步驟二中，硅烷偶聯(lián)劑為KH550。
[0008]如所述的納米ZnO/C復合光催化劑的制備方法制得的納米ZnO/C復合光催化劑。
[0009]光催化劑整體呈現(xiàn)煙花狀結構，其長度為3~8 μ m，直徑為30~55nm，碳層均勻包覆于ZnO納米線表面。
[0010]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
本發(fā)明采用一步煅燒法制備納米ZnO，工藝方法簡單，制備的產(chǎn)物純度高，分散性好，可大大提高ZnO的比表面積和結晶度。此外，發(fā)明采用“核殼結構”的設計思想，以KH550為橋梁劑，采用其改性納米ZnO，增加納米ZnO分散性的同時，可有效地將葡糖糖接枝在ZnO上，然后采用微波水熱法進行高溫碳化，使碳層均勻包覆在納米ZnO表面，增強對污染物的吸附作用，進而提高納米ZnO/C復合光催化劑的光催化效率。
【附圖說明】
[0011]圖1a:本發(fā)明所制備的煙花狀納米ZnO的SEM照片(X 5000)。
[0012]圖1b:本發(fā)明所制備的納米ZnO/C復合光催化劑的SEM照片(X 10000)。
[0013]圖2a:本發(fā)明所制備的納米ZnO/C復合光催化劑的TEM照片(X 60000)。
[0014]圖2b:本發(fā)明所制備的納米ZnO/C復合光催化劑的TEM照片(X 6000)。
[0015]圖3:本發(fā)明所制備的納米ZnO/C復合光催化劑的光催化降解能力曲線。
【具體實施方式】
[0016]下面結合【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細的說明。
[0017]本發(fā)明涉及的納米ZnO/C復合光催化劑的制備方法，具有原料易得、工藝簡便、環(huán)保無污染等特點，制備的納米ZnO/C復合光催化劑具有良好的分散性和較大的比表面積。通過煅燒法制備煙花狀納米ZnO，具有較高的比表面積、高分散；通過微波輔助水熱法對煙花狀ZnO表面的葡萄糖進行碳化，可使碳層均勻的包覆在煙花狀ZnO的納米線表面形成適合的復合結構，有利于將污染物吸附到碳層上，使納米ZnO更集中有效地對有機污染物進行光降解，進一步提高了復合光催化劑的活性。具體由以下步驟實現(xiàn):
步驟一:煙花狀納米ZnO的制備:
將二水合醋酸鋅置于陶瓷坩禍中，二水合醋酸鋅的體積與坩禍的總容積比例為(2-3):60，蓋上坩禍蓋，然后置于箱式電阻爐爐腔中，由室溫加熱至300°C后，煅燒l_3h，逐漸降至室溫，即在坩禍壁上生成煙花狀納米ZnO ; 步驟二:納米ZnO的表面氨基化:
稱取步驟一中0.1-0.3g煙花狀納米ZnO，加入到25-35mL無水乙醇中，滴加2.5_3g硅烷偶聯(lián)劑，超聲分散，然后轉(zhuǎn)移至10mL三口燒瓶中，80°C冷凝回流7_8h，離心分離，并用乙醇反復洗滌得氨基化的納米ZnO ；
步驟三:ZnO/C復合光催劑的制備:
稱取0.05 g氨基化的納米ZnO和0.05-0.2g葡萄糖溶于乙醇中，超聲分散后，轉(zhuǎn)移至10mL三口燒瓶中，60 °C水浴反應2h ;接著，將其轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯水熱反應釜中，進行微波輔助水熱反應，在180-190°C下反應90-100min，離心收集產(chǎn)物，用無水乙醇反復洗滌，得納米ZnO/C復合光催化劑。
[0018]步驟二中，硅烷偶聯(lián)劑為KH550。
[0019]步驟三中，所用葡萄糖采用微波輔助水熱反應進行碳化，反應溫度為180~190°C，反應時間為90~100min。
[0020]煙花狀納米ZnO以二水合醋酸鋅為鋅源。所得光催化劑整體呈現(xiàn)煙花狀結構，其長度為3~8 μ m，直徑為30~55nm，碳層均勻包覆于ZnO納米線表面。
[0021]實施例1:
步驟一:煙花狀納米ZnO的制備:
將二水合醋酸鋅置于陶瓷坩禍中，二水合醋酸鋅的體積與坩禍的總容積比例為2:60，蓋上坩禍蓋，然后置于箱式電阻爐爐腔中，由室溫加熱至300°C后，煅燒3h，逐漸降至室溫，即在坩禍壁上生