[发明专利]一种ZnMnO3纳米粒子的制备方法及应用

说明书

本发明公开一种ZnMnO₃纳米粒子的制备方法及应用，属于纳米粒子制备及光催化降解领域。ZnMnO₃纳米粒子以废弃碱性锌锰干电池为原料合成，先将废弃碱性锌锰干电池拆分，保留锌壳和锰粉，再通过沉淀法将锌壳与锰粉混合、反应、过滤、干燥，得到ZnMnO₃纳米材料。ZnMnO₃纳米材料在降解对苯二酚时，最佳反应pH为7，最佳投加量为8mg，最佳氙灯照射强度为500W，在最佳条件下，对苯二酚降解效率达到85.7％。本发明制备的ZnMnO₃纳米材料性能稳定，催化活性良好，价格低廉，同时减少了废旧锌锰干电池对环境的危害。

技术领域

本发明涉及纳米材料的合成及光催化降解技术领域，具体涉及一种ZnMnO₃纳米材料制备方法及其在光催化降解对苯二酚中的应用。

背景技术

近年来人们在以减少能量消耗、不产生其他污染物和操作方法简便为目的的条件下，探索并通过实验发现利用光照来降解一些污染物。这种方法不仅可以降低废水中污染物的浓度，还可以避免降解过程产生其他有害物质而造成二次污染，是一种降解环境有机污染物较理想的方法。同时高效、节能的纳米材料催化技术也对光降解领域起到有利的作用。这种污染物降解方法对生态保护及可持续发展起到了重要作用。

目前研究较多制备ZnMnO₃纳米粒子的物理方法有机械球磨法、蒸发冷凝法、磁控溅射法、静电纺丝法等。化学法有溶胶凝胶法、水热法、化学气相沉积法、共沉淀法、刻蚀法、电沉积法等。共沉淀法可避免引入对材料性能不利的有害杂质，生成的粉末具有较高的化学均匀性，粒度较细，颗粒尺寸分布较窄且具有一定形貌；克服了由外部向溶液中直接加入沉淀剂而造成沉淀剂的局部不均匀性；可用高温强制水解反应制备纳米颗粒；通过改变沉淀转化剂的浓度、转化温度以及表面活性剂来控制颗粒生长和防止颗粒团聚。沉淀转化法工艺流程短，操作简便，但制备的化合物仅局限于少数金属氧化物和氢氧化物，成本费用高。废弃碱性锌锰干电池的主要成份为锰、汞、锌等重金属，对环境和人体的危害严重，但成本费用低、产量高。

发明内容

本发明的目的之一是针对制备纳米粒子成本高的问题，利用废弃碱性锌锰干电池结合共沉淀法的优点，提出一种制备ZnMnO₃纳米材料的方法。

本发明的目的之二是提供一种ZnMnO₃纳米粒子光催化降解有机污染物的方法。

为实现本发明目的所采用的技术方案为：一种ZnMnO₃纳米粒子的制备方法，包括如下步骤：

1)向锰粉中加入酸溶液，充分搅拌后，过滤取滤液，调节所得滤液的pH为7～8后，再次过滤取滤液，向所得滤液中加入碱溶液后，过滤取固体物；

2)将锌壳剪成细碎小片后与步骤1)获得的固体物共同加入到过氧化氢和硫酸的混合溶液中，80～90℃下搅拌至完全溶解后，调节pH为8～8.5，过滤取滤渣；

3)将步骤2)获得的滤渣在80～90℃下加热3～4小时，去离子水洗涤至中性，过滤取固体物，高温焙烧，得到ZnMnO₃纳米材料。

优选的，所述锰粉和锌壳来源于废弃的碱性锌锰干电池。

更优选的，将锰粉先进行预处理：将锰粉研磨后，于400～450℃的马弗炉中焙烧2～3h；将锌壳先进行预处理：将锌壳经过超声清洗器清洗3～4min。

优选的，步骤1)中，所述酸溶液为硫酸溶液。

优选的，步骤1)中，所述碱溶液为氢氧化钠溶液。

优选的，步骤3)中，所述高温焙烧为，于500～550℃马弗炉焙烧2～3h。

ZnMnO₃纳米粒子在光催化降解有机污染物中的应用。