[发明专利]一种掺杂银或铋的二氧化锆纳米管及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及纳米管制备领域，尤其是一种掺杂银或铋的二氧化锆纳米管及其制备方法和用途。

背景技术

环境污染越来越受到人们的关注，尤其是生活污水等有机物污染特别严重。随着环境污染的日益加重，半导体光催化技术处理有机染料废水已被广泛研究。利用TiO₂半导体光催化氧化处理水中的有机污染物的研究已成为环境治理中最活跃的领域之一，它可以将许多有机物降解为CO₂和H₂O，是降解水中有机废染料最有希望的光催化体系之一。可通过二元或多元半导体复合以及金属离子掺杂等方法，以形成中间能级，提高催化剂对可见光的响应和光催化活性；利用半导体表面修饰、表面鳌合或衍生、贵金属表面沉积、光敏化等手段，减少光生电子和空穴的复合，提高TiO₂对可见光的吸收能力，进而提高光催化活性。克服它的禁带宽度为3.2eV，只能被紫外光激发的缺陷。但是，对与TiO₂具相似结构的ZrO₂却很少有人研究。但就理论而言，ZrO₂与TiO₂的结构颇为相似，只要找到适当的方法来降低它的禁带宽度，一样可以作为光催化剂。

一维纳米材料由于其有限的尺寸和较高的比表面积表现出许多新奇的物理性质。纳米管有着比纳米粉体和纳米膜更大的比表面积，可显著提高催化剂的活性。如果在管中装入更小的无机、有机、金属或磁性纳米粒子组装成复合纳米材料，可进一步改善纳米材料的光电、电磁及催化性能。

发明内容

本发明旨在丰富光催化纳米材料的种类，提供一种制备掺杂银或铋的二氧化锆纳米管的方法、以及采用该方法所获得的掺杂银或铋的二氧化锆纳米管、和将该掺杂银或铋的二氧化锆纳米管用于光催化降解有机物的用途。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种掺杂银或铋的二氧化锆纳米管的制备方法，包括以下步骤：1)裁剪锆片，用砂纸打磨光滑后放入丙酮中超声清洗30-60min，以清洗掉锆片表面的有机物；2)将锆片放入含有0.1-2mol/L氯化铵和0.1-2mol/L氟化铵的电解液中，锆片做阳极，石墨片做阴极，采用恒压10-20V通电处理20-60min，以除去锆片表面的薄膜；3)然后再放入含有0.1-2mol/L氯化铵、0.5-5mol/L氟化铵和0.05-1mol/L硼酸或四硼酸钠的电解液中，锆片做阳极，石墨片做阴极，采用恒压20-60V通电处理30-90min，取出用蒸馏水洗净晾干，得到二氧化锆纳米管；4)配置浓度为5-15mol/L的硝酸银或硝酸铋溶液，按照0.1-1mL每平方厘米锆片滴覆到二氧化锆纳米管上，在低气压中烘干；5)最后放入马弗炉中在200-500℃下煅烧1-5h，得到掺杂银或铋的二氧化锆纳米管。2)中所述氯化铵的浓度优选为1mol/L、所述氟化铵的浓度优选为0.75mol/L，所述恒压电位优选为15V；3)中所述氯化铵的浓度优选为1mol/L，所述氟化铵的浓度优选为1.5mol/L，所述硼酸或四硼酸钠的浓度为0.5mol/L，所述恒压电位为30V；4)中所述硝酸银或硝酸铋溶液的浓度优选为10mol/L，滴加量优选为0.5mL每平方厘米锆片；5)中所述煅烧温度优选为300℃，煅烧时间优选为2h。

此外，本发明要求保护采用上述方法制得的掺杂银或铋的二氧化锆纳米管。

本发明还要求保护上述掺杂银或铋的二氧化锆纳米管的用途，即将之用于光催化有机物降解。

本发明可以制得管径均一的二氧化锆纳米管，且银和铋能很好地掺杂到二氧化锆纳米管中，大大提高了二氧化锆光催化降解有机物的活性。

附图说明

图1为本发明制得的空白二氧化锆纳米管的SEM图；

图2为空白二氧化锆纳米管与掺杂银或铋的二氧化锆纳米管的XRD图；

图3为甲基橙浓度与吸光度的关系图；

图4为空白二氧化锆纳米管与掺杂银或铋的二氧化锆纳米管对甲基橙的降解速率曲线。

具体实施方式

现结合具体实施方式对本发明进行详细介绍。

实施例1