[发明专利]一种氧化锌/凹凸棒石复合光催化材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于环境保护领域，具体涉及一种氧化锌/凹凸棒石复合光催化材料的制备方法。

背景技术

纳米半导体光催化技术作为一种有效的环境污染物治理方法受到广泛关注。纳米氧化锌是极少数几个可以实现量子尺寸效应的氧化物半导体材料，在某些条件下，具有比TiO₂更高的光催化性能，在光催化降解有机废水方面显示出良好的应用前景。然而，在实际使用过程中，由于悬浮于溶液中的光催化剂颗粒细小，存在易随水流失、回收困难等缺陷，将光催化剂固定在合适的载体上可有效解决这一问题。

凹凸棒石是一种具有独特链层结构的晶质水合镁铝硅酸盐矿物，具有比表面积大，化学稳定性好，吸附能力强等特点，在建材、环保、化工、食品、医药、农业等领域有着广泛的应用。将光催化材料固定在凹凸棒石上，不仅可解决实际使用过程中光催化剂回收困难的问题，而且可将凹凸棒石优异的吸附性能与光催化材料有机结合，增加光催化反应的比表面积，提高光催化反应速率和效率。

专利（公开号：CN101444717A）公开了一种凹凸棒土/氧化锌纳米复合材料的制备方法，该方法以锌盐和碳酸盐为原料，首先将锌盐和碳酸盐溶液加入到凹凸棒土分散液中，搅拌0.5-5h后过滤，将得到的滤饼充分洗涤后在300-600℃下高温煅烧1-10h而得。该方法不仅制备时间长，而且需要高温煅烧，消耗大量的能源。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种操作方便快捷、成本低、能源消耗少的氧化锌/凹凸棒石复合光催化材料的绿色制备方法。

本发明所采用的技术方案是：首先将凹凸棒石超声分散在醇溶液中，然后加入Zn(OAC)₂·6H₂O，搅拌下加热使Zn(OAC)₂·6H₂O完全溶解后，冷却到室温，然后超声反应一定时间，沉淀过滤、洗涤、烘干而得。

本发明提供的氧化锌/凹凸棒石复合光催化材料的制备方法按照以下步骤进行：（1）将凹凸棒石粉体以固液质量体积比（g：ml）1:10-1:30分散于醇溶液中，超声处理10-30min，制得凹凸棒石悬浮液；将Zn(OAC)₂·6H₂O加入到凹凸棒石悬浮液中，搅拌下加热至100-120℃，待Zn(OAC)₂·6H₂O完全溶解后，降至室温，得到含醋酸锌前驱体的凹凸棒石悬浮液；（2）将含醋酸锌前驱体的凹凸棒石悬浮液转入超声反应器中，将钛合金超声探头（尖端直径15mm）浸入反应液中，超声反应，待反应结束后，冷却至室温，沉淀过滤后，分别用无水乙醇、蒸馏水洗涤、烘干，即得氧化锌/凹凸棒石复合光催化材料。

由上述技术方案可知：本发明首先采用超声分散的方式制备凹凸棒石的醇悬浮液，超声波的空化作用产生巨大的冲击力和微射流，在其作用下，纤维状凹凸棒石聚集体被很好的分散；醋酸锌是一种路易斯酸，羰基碳原子上的电子云密度较低，醇羟基上的氧原子亲核进攻羧基碳原子，在超声波空化作用产生的瞬间高温高压下，形成Zn(OH)₂并进一步脱水生产ZnO（具体反应历程见附图3）。醇既是反应介质，又作为亲核试剂参与反应，同时还是氧化锌的生长控制剂，阻止制备过程中氧化锌/凹凸棒石颗粒的团聚。

作为优选，步骤（1）中所述的醇为：1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、一缩二乙二醇、1,4-丁二醇中的一种；这些醇沸点高，在超声波的作用下，容易在溶液中产生瞬间的高温高压，利于ZnO的生成。

作为优先，步骤（1）中所述的醋酸锌的用量以生成ZnO的质量计，占凹凸棒石质量的10-90%；醋酸锌的用量过低，会使得制备的氧化锌/凹凸棒石复合光催化剂的催化效果差；醋酸锌的用量过高，影响氧化锌/凹凸棒石复合光催化剂的回收。

作为优选，步骤（2）中所述的超声反应功率为360W-1800W，超声时间30-120min。超声功率过低、超声时间过短，不利于ZnO的生成；超声功率过高、超声时间过长，不仅浪费资源，而且会导致溶液过热，加剧粒子的团聚。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）本发明利用超声波空化作用使纤维状凹凸棒石聚集体在醇溶液中很好的分散；利用空化作用产生的高温高压制备ZnO，操作简单，反应速率快，产率高，粒子尺寸、形貌易于控制；

（2）本发明选用醋酸锌和醇作为反应物，无需添加其他有毒有害化学品，反应结束后，无需高温煅烧，绿色安全，节能环保；