[发明专利]一种多金属离子掺杂的纳米ZnO透明光触媒乳液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米ZnO光触媒乳液及其制备方法，具体的说是一种多金属离子掺杂的纳米ZnO透明光触媒乳液及其制备方法。

背景技术

光催化技术是20世纪70年代发展起来的一种新型技术，其因制备工艺简单、节能高效、反应条件温和、氧化能力强等特点而被广泛应用于污水处理、杀菌、除臭以及环境净化等领域。近年来，随着工业污水、生活污水以及家庭住宅装修使用的大量合成材料产生的有毒气体、汽车制造中有毒材料对人居环境以及生态环境造成极大污染，而光催化技术作为一种新的治理污染的方法，能在紫外光照下能把高分子污染物最终分解为无机小分子，达到彻底净化环境的效果，且无污染，价格便宜。

ZnO作为一种直接带隙宽禁带半导体材料，其禁带宽度为3.37eV，可有效地吸收紫外光，呈现出了良好的光催化性能，已有研究显示，ZnO在降解污染物尤其是对于生物难降解的有毒有机污染物方面表现出了良好的光催化活性。但是ZnO吸收太阳光光谱的范围只停留在紫外区域，而紫外光区间在太阳光谱中所占有的比例不足5 %，且ZnO半导体光生电子和空穴易于复合，光生载流子界面转移率低，这限制了其实际的应用。为了解决这一问题，研究者尝试对ZnO进行改性，其中，将金属离子掺杂入纳米ZnO中是一种改性光催化性能的方法，这种改性方法使制备的材料能够在可见光区有光吸收。

传统制备金属离子掺杂的ZnO光催化剂主要有沉淀法、溶胶凝胶法、水热法、湿化学法等。如Ulah等（Ruh Ullah, Joydeep Dutta. Photocatalytic degradation of organic dyes with manganese-doped ZnO nanoparticles[J]. Journal of Hazardous Materials 156(2008) 194-200.）人使用湿化学的方法制备了锰掺杂的ZnO纳米颗粒光催化剂，提高了ZnO的催化性能，但是这种方法制备的光催化剂团聚现象严重，不利于提高光催化反应。Fu等（Min Fu, Yalin Li, Siwei Wu, Peng Lu, Jing Liu, Fan Dong, Sol-gel preparation and enhanced photocatalytic performance of Cu-doped ZnO nanoparticles[J]. Applied Surface Science, 2011, 258 (4), 1587-1591.）人使用溶胶凝胶法制备的Cu掺杂的ZnO纳米颗粒，但是制备过程中ZnO球体易相互碰撞长大，分散性不好。Xu等（Chao Xu, Lixin Cao, Ge Su, Xiaofei Qu, Yaqin Yu. Preparation, characterization and photocatalytic activity of Co- doped ZnO powders [J]. Journal of Alloys and Compounds, 2010, 497 (1-2): 373-376.）使用水热法制备了Co掺杂的ZnO粉末，这种方法同样具有易于团聚和光溶解。综上可知，现有制备金属离子掺杂ZnO的工艺方法，普遍存在所制备的产品容易团聚、分散性不好的问题。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种多金属离子掺杂的纳米ZnO透明光触媒乳液，以解决现有金属离子掺杂的纳米ZnO稳定性不好、容易团聚、分散性不好的问题。

本发明的目的之二是提供一种多金属离子掺杂的纳米ZnO透明光触媒乳液的制备方法，以解决现有工艺方法制备的纳米ZnO乳液产品容易团聚、分散性不好的问题。

本发明的目的之一是按如下的技术方案实现的：

一种多金属离子掺杂纳米ZnO透明光触媒乳液，所述乳液中含有多金属离子掺杂的纳米ZnO 0.05~50wt%、乳化剂0.1~10 wt %、羧酸0.5~50 wt %和水余量；

所述多金属离子掺杂的纳米ZnO中，金属离子与ZnO的摩尔比为0.1~10∶100；所述金属离子为Cu²⁺、V⁵⁺、Fe³⁺、La³⁺、Cr³⁺和Mn²⁺中的任意两种或两种以上；

所述乳化剂为D-山梨醇、司盘、吐温或OP中的任意一种；

所述羧酸为C_1~4脂肪羧酸。