[发明专利]氧化锌纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

最近几年，纳米尺寸的材料在不同的科学技术领域展示了重要的应用前景。纳米尺寸范围的一些金属化合物如TiO2，Al2O3，ZnO等，表现出较强的催化活性。其作为光催化剂，能破坏大范围的有机无机污染物，使有机化合物分解为CO2，水和矿物盐等无害产物。TiO2作为较早研制的光催化剂，已实现工业化生产。但TiO2对污水处理效果较差，周期长。研究发现，ZnO是非常有应用前景的光催化剂，因为它催化活性高，成本低，化学性能稳定、对环境无污染。然而，要想获得高催化活性的纳米尺寸ZnO光催化剂，非常困难，主要原因是ZnO体系中光生电子-空穴会快速复合。为了阻止光生电子-空穴的复合，必需在ZnO体系中引入新的体系，形成ZnO复合材料[1-8]。当紫外光照射ZnO复合材料时，ZnO吸收紫外光，价带电子激发，产生光生电子-空穴。光生电子可以转移到ZnO复合材料中的新组份上，或通过新组份再转移到ZnO的导带，从而与ZnO表面上吸附的水H2O)作用，产生具有强氧化能力的氧负自由基(.O2-)。另外，在ZnO价带留下的空穴与水H2O)作用，产生具有强氧化能力的羟基自由基(.OH)。这一过程可以有效减少或阻止光生电子-空穴的复合，从而有效提高ZnO复合材料的光催化活性。然而，到目前为止，实验室所合成的ZnO复合材料作为光催化剂存在以下问题：光催化活性较弱、光催化降解有机物的时间长(1小时以上)，重复利用率较差(仅能使用2-3次)、贵金属、表面活性剂等使用使其合成成本较高等等。因此，产品无法工业化。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供可重复使用多次的氧化锌纳米复合材料。

本发明所要解决的第二个技术问题是上述材料的制备方法。

本发明解决技术问题的技术方案为：氧化锌纳米复合材料，为粒径为20-100纳米的CdO/ZnO，其中锌与镉的摩尔比为：(99-90)∶(1-10)。

优选的氧化锌纳米复合材料，为粒径为20-40纳米的CdO/ZnO，其中镉的原子百分比为3-5％。

本发明的制备方法为：

称取锌盐和镉盐，加入无水乙醇完全溶解，将草酸的乙醇溶液逐滴加入到硝酸锌和氯化镉的混合溶液中，混合均匀，在120-150℃反应不小于8小时，反应结束后，自然冷却至室温，产物用蒸馏水，乙醇洗涤，干燥至恒重，得到前驱体，锌盐、镉盐、草酸的摩尔比为(99-90)∶(1-10)∶100；

将前驱体在400-450℃反应不小于2小时。

所述的锌盐为硝酸锌、氯化锌、硫酸锌一种或数种的混合物。

所述的镉盐为硝酸镉、氯化镉、硫酸镉一种或数种的混合物。

本发明以一些无机盐(如硝酸盐，硫酸盐等)和草酸或草酸盐、碳酸盐、及一些有机小分子为原料，通过简单的溶液法，易于一步合成1维半导体氧化物的前驱体，合成的1维前驱体在加热过程中，会分解出大量的小分子物质如水、CO等，从而得到比表面积较大的1维多孔半导体氧化物。由于较大的比表面积，使其在气体吸附、催化等方面具有重要应用价值。

本发明与现有技术相比，所述的复合材料对高浓度、难降解有机物(如各种染料、苯胺类、苯酚类等)在短时间内(20-60分钟)达到较好的降解效果，并且可重复使用多次(如10次以上)。对纺织、印染污水，光催化降解60分钟后，污水COD值在15mg/L以下，重复利用10次以后，污水的COD值在30mg/L左右。此产品与目前市售光催化剂TiO₂及污水处理剂相比，具有对污水处理周期短(仅需1小时，一般处理剂至少需24小时)、重复利用率高(10次以上)。

附图说明

图1为实施例1所制的复合材料的粉末衍射图(XRD)。

图2为实施例1所制的复合材料的透射图(TEM)。

图3为实施例1所制的复合材料的透射图(TEM)。

图4为实施例1所制的复合材料电子能谱图(EDX)。

图5为实施例2所制的复合材料的透射图(TEM)。

图6为实施例3电子扫描显像图(SEM)。

图7为实施例2光催化降解甲基橙(MO)(a)的紫外-可见光谱图。

图8为实施例2光催化降解甲基红(MR)(b)的紫外-可见光谱图。

图9为实施例2光催化降解罗丹明B(RhB)(c)的紫外-可见光谱图。

图10为实施例2光催化降解亚甲蓝(MB)(d)的紫外-可见光谱图。

图11为实施例2对对亚甲基蓝光催化降解重复利用率图

具体实施方式