[发明专利]能有效降解甲基橙的ZnS纳米光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化剂，特别是一种能有效降解甲基橙的ZnS纳米光催化剂的制备方法。

背景技术

随着环境污染问题的严重化，对于水质和有机污染物的治理已刻不容缓。光催化降解具有效率高、能耗低、反应条件温和、少污染等优点，使之成为了一种绿色环保技术。目前在光催化上具有较好表现的是ZnO和TiO₂等半导体氧化物和II-VI族硫化物（CdS、ZnS）等半导体材料。由于纳米材料受小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧穿效应的影响，使得纳米材料具有独特的光、电、声、热、磁等性质。与一般体相材料相比，纳米尺度的材料具有高的比表面积，能在其表面提供更多的反应活性位，这也能显著提高光催化降解有机物的活性。所以寻求廉价、制备方法简单并具有高性能的纳米光催化材料将是光催化发展进一步走向实用化的必然趋势。

ZnS禁带宽度为3.6-3.78eV，是一种光子材料，能产生光子空穴，量子尺寸效应带来的能级改变、能隙变宽使其氧化还原能力增强，表现出优异的光催化性能。其制备方法较多，有模板法、固相反应法、均匀沉淀法、水热法/溶剂热法、微乳液法、溶胶—凝胶法、化学气相沉积法等。水热法/溶剂热法由于具有产物纯度高、物相均匀、结晶性好，特别是形状、尺寸可控等优点，所以被公认为是一种能有效达到预期效果的实验方法。目前已经合成出了很多具有零维(量子点，纳米粒等)、一维(纳米线，纳米棒，纳米带等)、二维(纳米片，纳米膜)、三维结构的纳米材料。通过水热法/溶剂热可以实现对ZnS纳米材料的结构和性能的调控，制备出具有高分散及其高比表面积的纳米ZnS具有重要的理论价值和实际意义。

水热法是一种操作简单，环境友好的实验方法，相比于溶剂热法，由于其采用了水作为反应溶剂，可以避免使用有机溶剂不环保且产物带有有机物附着的缺点。但是，由于常常反应浓度都是很小的（据多数文献翻阅，0.001mol的原料溶解在30ml的溶液中，其摩尔浓度为0.033mol/L，其他实验的摩尔浓度也不会超过0.05mol/L），导致这类方法合成的产物非常少，按照上面的浓度比例预计小于0.098g。我们认为制备的ZnS纳米材料虽然具有很好的性能，但如果其产量受到限制，那么它的应用也是受限的，所以找寻一种简单环保、并且较高产量的水热法来制备ZnS纳米光催化剂是亟待解决的。光催化粒子本身使用后不回收也会对环境有害，所以容易回收也是衡量优异光催化材料性能的一个标准，再者，样品的可重复性更能促进光催化的高效性和实用性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能有效降解甲基橙的ZnS纳米光催化剂的制备方法。

一种能有效降解甲基橙的ZnS纳米光催化剂的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a. 将可溶性锌盐溶于蒸馏水配制成锌离子浓度为0.5～1.25mol/L^-1的锌源溶液；

b. 将Na₂S9H₂O溶于蒸馏水配制成硫离子浓度为0.6～1.5mol/L^-1的硫源溶液；

c. 将步骤a所得锌源溶液和步骤b所得硫源溶液混合均匀，并使硫源和锌源的摩尔比为1～1.2：1，再加入柠檬酸三钠，该柠檬酸三钠和锌源的摩尔比为0～1：1，充分搅拌均匀后置于反应釜中，填充度为70%；在150℃～190℃温度下水热反应为8h～24h；分别用乙醇和蒸馏水洗涤产物，然后干燥，得到能有效降解甲基橙的ZnS纳米光催化剂。

上述的可溶性锌盐为：Zn(CH₃COO)₂2H₂O、硫酸锌、硝酸锌或氯化锌。

所得的ZnS用于光催化降解后通过回收装置回收重复使用。

本发明解决了ZnS光催化材料制备中过程复杂、成本高和对环境有害的缺点，同时采用简单水热法的同时，使得合成产物有量增加至30倍左右，并且制备过程简单、原料便宜且适合生产，制备的ZnS纳米粉体还具有容易回收装置和可以重复使用的特点

本发明涉及一种能有效降解甲基橙的ZnS纳米光催化剂的高效水热制备方法，相对于其它水热方法具有原料廉价易得的、合成过程简单和产量多等优点。所制备的ZnS纳米光催化在紫外光下具有催化效率高，能迅速降解完全，例如：用0.05g，光催化1h，其光催化降解甲基橙（20mg/L）的降解率为98.0%。并且ZnS在催化完1h后，可沉淀到甲基橙溶液的底部，容易回收，适宜于催化剂的重复利用，另外，同一样品多次测试效果不会减弱，有很好的重复性和稳定性。

附图说明