[发明专利]硫化镉/氧化锌复合材料及其制备方法与在压电-光催化去除有机污染物中的应用

说明书

本发明公开了硫化镉/氧化锌复合材料及其制备方法与在压电‑光催化去除有机污染物中的应用。将二水乙酸锌、聚丙烯腈（PAN）、N,N‑二甲基甲酰胺（DMF）混合后静电纺丝得到纳米纤维前驱体，再煅烧得到氧化锌纳米纤维；将氧化锌纳米纤维、四水硝酸镉、硫代乙酰胺在水中混合，再沉积得到硫化镉/氧化锌复合材料；将硫化镉/氧化锌复合材料加入含有机污染物的水中，光照与超声作用下，去除有机污染物。本发明复合材料对水中双酚A的降解速率有非常明显的提高，在20分钟就可以降解100%的双酚A。

技术领域

本发明涉及纳米复合材料及压电-光催化技术领域，具体涉及一种一维氧化锌纳米纤维及其与硫化镉纳米颗粒复合材料的制备方法以及该材料在压电-光催化去除水体污染物中的应用。

背景技术

由于工业快速发展和化石燃料的大量使用，环境污染和能源短缺严重威胁着当今社会的可持续发展。在各种解决方法中，基于半导体的光催化技术因为过程绿色、实施方便等优势而具有良好的应用前景。然而，光催化反应效率极大地依赖于光生电子空穴对的产生和分离，这很大程度上限制其实际应用。因此，多种策略（如构建异质结，修饰金属或金属氧化物以及形成表面缺陷）被提出用来促进表面电荷分离，增强光催化活性，但本体电荷分离的进展仍然不尽人意。近来，利用压电势和极化电荷作为改善光催化剂的本体和表面上的光生电荷分离的策略受到广泛的关注。在光催化领域，氧化锌由于其独特的性质已经成为环境修复技术中有前途的候选者，不过在压电-光催化方面的性能还需改善。

发明内容

本发明的目的是提供一种同时对可见光和外界压力响应的复合材料，通过压电-光催化协同作用快速有效降解水体中的污染物。以双酚A作为目标有机污染物研究本发明制备的复合材料的催化性能。本发明公开的硫化镉/氧化锌复合材料，通过压电效应协同光催化实现降解性能，在光照和超声振动的共同作用下，光催化性能得到增强；具有化学稳定性、高反应活性和压电性，在压电-光催化领域具有优异的应用价值。

为达到上述目的，本发明具体技术方案如下：

硫化镉/氧化锌复合材料，其制备方法如下：

（1）将二水乙酸锌、聚丙烯腈（PAN）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）混合后静电纺丝得到纳米纤维前驱体，再煅烧得到氧化锌纳米纤维；

（2）将氧化锌纳米纤维、四水硝酸镉、硫代乙酰胺在水中混合，再沉积得到硫化镉/氧化锌复合材料。

压电-光催化去除有机污染物的方法如下：

（1）将二水乙酸锌、聚丙烯腈（PAN）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）混合后静电纺丝得到纳米纤维前驱体，再煅烧得到氧化锌纳米纤维；

（2）将氧化锌纳米纤维、四水硝酸镉、硫代乙酰胺在水中混合，再沉积得到硫化镉/氧化锌复合材料；

（3）将硫化镉/氧化锌复合材料加入含有机污染物的水中，光照与超声作用下，去除有机污染物。

本发明中，二水乙酸锌、聚丙烯腈、N,N-二甲基甲酰胺的用量比例为0.6~1.2 g∶0.3~0.8 g∶8~12 mL；静电纺丝的工艺为，注射器与滚筒接收器之间距离为10~20 cm，电压设置为-5 KV～+15 KV，推液速度为0.2~0.55 mm/min；煅烧为500~650 ℃维持1~4 h，进一步的，由室温以1~4 ℃/min的升温速度加热到500~650 ℃并维持1~4 h，自然冷却至室温，得到氧化锌纳米纤维。