[发明专利]贵金属掺杂ZnO纳米颗粒及作为偏二甲肼废水降解光催化剂

说明书

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，涉及一种贵金属掺杂ZnO纳米颗粒物质及用途，尤其涉及将该物质作为光催化剂用于偏二甲肼废水的太阳光照射下的光催化降解。

背景技术

纳米ZnO是纳米材料和半导体的复合体，具有优良的光催化性能。但是ZnO的光谱响应范围较窄，只能利用太阳光中5％的紫外光。利用贵金属修饰半导体光催化剂不仅可以拓展ZnO的光谱响应范围，而且能够有效的捕获激发电子，提高其光催化活性。贵金属在半导体表面沉积一般形成纳米级的原子簇，沉积的贵金属与半导体接触，有利于载流子重新分布，电子从费米能级较高的半导体转移到费米能级较低的金属，直到两者的费米能级相同，形成肖特基能垒(Schottky Barrier)。Schottky能垒是俘获光生电子的有效陷阱，使光生载流子分离，从而有效抑制了空穴和电子的复合，提高了光催化剂的催化活性。偏二甲肼废水一直是航天工业污水污染治理的难题，尤其是低浓度的偏二甲肼废水(100mg/L以下)处理起来费时费力且处理速度缓慢，不容易彻底矿化成无机小分子物质，一般的传统处理方法不适用。近年来利用半导体光催化降解有机污染物已经取得很好的效果并开始逐步推广应用，因此利用贵金属掺杂纳米ZnO光催化降解偏二甲肼废水是当前光催化领域的热点之一。

在本发明以前的现有技术中，由北京理工大学理学院等单位的周银白、徐文国、张光友等人发表在《北京理工大学学报》2009年29卷3期的“掺钕纳米氧化锌催化降解偏二甲肼研究”和徐文国、贾燕、沙晶分人发表在《北京理工大学学报》2010年30卷8期的“铜钕共掺杂纳米TiO2光催化降解偏二甲肼废水”文章中，公开了稀土金属掺杂纳米ZnO光催化降解偏二甲肼废水的处理技术研究报告，是光催化降解偏二甲肼废水的有效途径，但是所披露的技术中，ZnO的制备技术复杂，降解偏二甲肼废水得稀土光催化剂的用量大，成本高，同时必须用紫外光作为光催化光源，耗能大。

发明内容

针对上述现有技术状况，本发明的目的在于，提供一种采用半导体复合、贵金属掺杂修饰提高光量子产率、拓展光谱吸收范围的、乙醇辅助水热法制备出的不同形貌的ZnO/Ag、ZnO/Pd纳米颗粒，并用该ZnO/Ag、ZnO/Pd纳米颗粒作为太阳光催化剂的、方法简单，成本低、耗能少的降解偏二甲肼废水的方法。

现将本发明技术解决方按叙述如下：

本发明一种贵金属掺杂的ZnO/Ag、ZnO/Pd纳米颗粒，其特征在于：所述的ZnO/Ag、ZnO/Pd纳米颗粒，以醋酸锌、氢氧化钠、硝酸银和氯化钯为原料，用乙醇辅助水热法制备。

本发明进一步提供一种贵金属掺杂的ZnO纳米颗粒，其特征在于：所述的贵金属掺杂ZnO纳米颗粒为用乙醇辅助水热法制备的ZnO/Ag纳米颗粒，其原料醋酸锌的浓度为0.1～0.3mol/L、硝酸银的浓度为0.05～0.1mmol/L、氢氧化钠的浓度为1.0～1.5mol/L，乙醇/水的体积比为20～40∶5～15，反应温度为150～200℃，反应时间为10h～24h，干燥温度50℃～70℃，干燥时间为6～10小时。

本发明进一步提供一种贵金属掺杂的ZnO纳米颗粒，其特征在于：所述的贵金属掺杂ZnO纳米颗粒为用乙醇辅助水热法制备的ZnO/Pd纳米颗粒，其原料原料醋酸锌的浓度为0.1～0.3mol/L、PdCl₂溶液为采用氨水络合法制成的的浓度为0.01mol/L的浅黄色溶液，氢氧化钠的浓度为1.0～1.5mol/L，乙醇/水的体积比为20～40∶5～15，反应温度为150～200℃，反应时间为10h～24h，干燥温度50℃～70℃，干燥时间为6～10小时。

本发明进一步提供一种贵金属掺杂的ZnO纳米颗粒，其特征在于：所述的ZnO/Ag纳米颗粒呈黄褐色；所述的ZnO/Pd纳米颗粒呈灰色。

本发明进一步提供一种贵金属掺杂的ZnO纳米颗粒，其特征在于：所述的贵金属Ag、Pd与ZnO的摩尔比为0.5～2∶100。

本发明进一步提供一种贵金属掺杂的ZnO纳米颗粒，其特征在于：所述的ZnO/Ag、ZnO/Pd纳米颗粒，其贵金属离子最终以单质的形式修饰ZnO，晶粒尺寸在41～46nm之间；吸收光谱范围在400～800nm的可见光区域；