[发明专利]一种氧化锌薄膜光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化、环境保护、无机材料技术领域，具体涉及一种纳米氧化锌薄膜光催化剂的制备方法。

背景技术

目前，环境问题引起人们越来越多的关注。有机废水中常含有卤代脂肪烃、卤代芳烃、硝基芳烃、多环芳烃、酚类等多种有害成分，这些有害成分已对江、河、湖、海生态环境等造成大面积的污染，严重威胁着人类健康。

应用半导体光催化技术净化环境是近年来研究开发出来的一种新方法。半导体光催化剂具有很强的催化活性，在太阳光或紫外光源的照射下，可以将有机废水中的有害物质转化成CO₂、水或其他无机氧化物等无害物质，从而达到治理环境的目的。因此，通过光催化反应治理环境污染的应用前景非常广阔。

纳米氧化锌是高效半导体光催化剂的典型代表，其禁带宽度为3.37eV，激子束缚能高达60meV。纳米氧化锌在紫外光照射下，受激产生电子-空穴对，高活性的空穴能分解催化剂表面吸附的水产生氢氧自由基，而电子能使其周围的氧还原成活性离子氧，进而将吸附在催化剂表面的有机污染物分解成无二次污染的产物(如CO₂、H₂O)，从而达到除污目的。此外，氧化锌还具有良好的化学稳定性和热稳定性、无二次污染、无刺激性、安全无毒等优点，是最具开发前景的绿色环保催化剂之一。

目前，用于环境治理的纳米氧化锌光催化剂主要是粉末产品。粉末状的氧化锌在使用过程中存在易团聚、易损失等现象，使用后存在难以与溶液分离以及难以循环使用等问题，这些缺点在一定程度上限制了它的实际应用。因此，人们通常选择一定的方法来实现氧化锌在固体表面的固载，一般选用的载体为不锈钢、玻璃、石英及瓦片等。但是，载体的选择将影响氧化锌光催化剂的活性、均一性以及附载量；同时载体的结构也将影响光在体系中的传递过程和物质(如污染物和O₂等)传递到催化剂表面的传质过程。所选固化氧化锌的方法一般为浸润法、化学气相沉积(CVD)法、溶胶-凝胶法、脉冲激光沉积法及喷雾热分解法等。这些方法，或者需要昂贵的仪器设备、精确的操作方法，或者在实现氧化锌固化过程中需要大量的表面活性剂及复杂的操作步骤，为了解决上述问题，急需开发出简单、经济、环保的方法来制备高效的纳米氧化锌光催化薄膜。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点，提供一种氧化锌薄膜光催化剂的合成方法。该方法所用的化学试剂少，制备工艺简单，降低了生产成本；且整个反应过程中无酸、碱及有机溶剂参与，减少了对环境的污染；生长出的氧化锌不会引入杂质、纯度高，使用方便，且利于回收及重复使用。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种氧化锌薄膜光催化剂的制备方法：将金属锌片放入过量蒸馏水中，在100～180℃下水热反应4～48h，冷却后取出锌片干燥即可获得纳米氧化锌薄膜光催化剂。为进一步实现本发明的目的，所述水热反应在带有聚四氟乙烯内衬的高压釜中进行。

所述锌片反应前依次经过蒸馏水、无水乙醇和丙酮超声清洗。

所述水热反应的温度优选120～170℃，反应时间优选为10～40h。

所述锌片优选为纯度在99.9％以上的锌片。

所述锌片的厚度优选为0.1cm。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明主要采用金属锌片和蒸馏水为原料，相比于其它制备纳米氧化锌薄膜光催化剂的方法，本发明采用的化学试剂较少，减少了反应过程中的不利影响因素，提高了样品纯度，且使反应容易控制；另外，本发明的制备过程简单，生产成本较低。

(2)本发明所得氧化锌薄膜具有较高的活性，在光催化降解有机染料时具有使用方便、利于回收、可重复使用等优点。

(3)由于锌片既是锌源，又是氧化锌的生长基片，所以生长出的氧化锌不会引入杂质、纯度高、使用方便，且利于回收及重复使用。

附图说明

图1为本发明实施例1～3所制备的纳米氧化锌薄膜的X射线衍射图。

图2为本发明实施例1～3所制备的纳米氧化锌薄膜光催化降解甲基橙溶液的活性对比图。其中，甲基橙溶液浓度：10mg/L；紫外灯主波长为365nm，功率为300W。

具体实施方式

为了更好理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。

实施例1