[发明专利]一种铀还原的Co掺杂ZnO纳米微球光催化材料的制备及应用

说明书

本发明公开了一种铀还原的Co掺杂ZnO纳米微球光催化材料的制备及应用，包括：将Zn(Ac)subgt;2/subgt;·2Hsubgt;2/subgt;O、尿素、Nasubgt;3/subgt;Csubgt;6/subgt;Hsubgt;5/subgt;Osubgt;7/subgt;·2Hsubgt;2/subgt;O和Co(Ac)subgt;2/subgt;·4Hsubgt;2/subgt;O溶于水中，超声，得到混合溶液；将混合溶液加入聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，密封并在115～125℃下反应5～7h，离心，沉淀干燥；将干燥后的沉淀在280～350℃下煅烧1～3h，得到铀还原的Co掺杂ZnO纳米微球光催化材料。本发明开发了一种Co掺杂ZnO纳米微球，通过引入Co这一杂质能级来修饰ZnO的能带结构，使氧化锌的导、价带位置提高和带隙降低，实现了催化剂光吸收能力的提高，Co掺杂的ZnO样品在可见光下还原U(VI)的光催化性能均优于原始ZnO样品。

技术领域

本发明涉及属于有无机纳米材料及其制备技术领域，具体涉及一种铀还 原的Co掺杂ZnO纳米微球光催化材料的制备及应用。

背景技术

随着核能的发展，核工业活动和铀矿开采等产生的放射性物质不可避免 的会释放到自然环境中。鉴于铀的化学毒性和放射性毒性对生态系统和人类 健康造成的威胁，铀污染物的去除已成为一个紧迫而有意义的问题。自然环 境中的铀主要由高流动性的六价铀(VI)和相对不流动性的四价铀(IV)组成，将 可溶性铀(VI)还原为稀溶性铀(IV)被认为是对抗铀污染物的有效途径。U(VI) 还原为U(IV)可以通过生物、化学和光催化技术实现。由于光催化技术对阳光 的有效吸收、反应条件温和以及光催化剂在光激发下独特的强氧化还原能力，已成为一种绿色环保的去除U(VI)的手段。到目前为止，各种光催化材料，如二氧化钛、三氧化二铁、硫化钼等半导体材料，及其与氧化石墨烯、石墨相 氮化碳等碳材料组合的复合材料被报道用于U(VI)的还原。氧化锌由于具有光 吸收系数高、空穴传输快、水下稳定性好等特点，对U(VI)也表现出一定的光 催化活性。但ZnO具有相当大的带隙(3.2eV)，光吸收区域仅在紫外光区域， 使得活性受到限制。为了将ZnO的光吸收范围扩展到可见光区域，元素掺杂是调整其能带结构的一种可行的方法，因为杂原子的引入会导致掺杂剂和原 始材料之间的能级杂化，可以修饰能带结构、d带中心、活性位点的价态等， 从而增强光催化性能。

因此，本发明开发了一种Co掺杂ZnO纳米微球，通过引入Co这一杂质 能级来修饰ZnO的能带结构，其能够实现催化剂光吸收能力的提高。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说 明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种铀还原的Co 掺杂ZnO纳米微球光催化材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将Zn(Ac)₂·2H₂O、尿素、Na₃C₆H₅O₇·2H₂O和Co(Ac)₂·4H₂O溶 于水中，超声，得到混合溶液；

步骤二、将混合溶液加入聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，密封并在 115～125℃下反应5～7h，离心，沉淀干燥；

步骤三、将干燥后的沉淀在280～350℃下煅烧1～3h，得到铀还原的Co 掺杂ZnO纳米微球光催化材料。